Pesquisadores usaram dados do Telescópio Espacial Kepler para relacionar massa e excentricidade orbital. Resultados apontam para diferentes processos de formação planetária.

Cientistas usaram dados do Telescópio Espacial Kepler, já desativado, da NASA, para descobrir que exoplanetas pequenos e grandes possuem processos de formação distintos. A equipe descobriu que planetas maiores em órbitas não circulares têm mais probabilidade de ter crescido em sistemas mais turbulentos.

Para chegar a essa conclusão, a equipe, composta por pesquisadores da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), mediu as órbitas de milhares exoplanetas variando em massa da de Júpiter à de Marte.

A equipe descobriu que planetas menores tendem a ter órbitas quase circulares, enquanto planetas maiores têm órbitas mais elípticas. Esta teria sido uma descoberta importante por si só, mas como os cientistas podem dizer muito sobre um planeta a partir de sua órbita, ela também revela informações sobre como planetas de tamanhos diferentes se formam.

“O que descobrimos é que, em torno do tamanho de Netuno, planetas passam de órbitas quase sempre circulares para órbitas frequentemente elípticas”, disse Gregory Gilbert, líder da equipe.

Durante sua vida útil operacional, entre 2009 e 2018, o Kepler observou cerca de 150 mil estrelas, procurando por pequenas quedas na luz causadas quando um planeta cruza, ou “transita”, a face de sua estrela, conforme visto de nossa perspectiva. Usando essa técnica, o telescópio descobriu milhares de exoplanetas.

A equipe da UCLA se voltou para 1.600 dessas curvas de luz para extrair informações sobre as órbitas de certos planetas. Esse processo exigiu muito cuidado, o desenvolvimento de um kit de ferramentas de visualização personalizado e a inspeção manual de cada curva de luz por Paige Entrica, estudante de graduação da UCLA.

“Se as estrelas se comportassem como lâmpadas chatas, este projeto teria sido 10 vezes mais fácil”, disse Erik Petigura, membro da equipe e professor de física e astronomia da UCLA. “Mas o fato é que cada estrela e sua coleção de planetas têm suas peculiaridades individuais e foi somente depois que conseguimos ver cada uma dessas curvas de luz que confiamos em nossos resultados.”

Planetas diferentes Essa análise meticulosa revelou a divisão entre planetas com órbitas circulares e aqueles com órbitas mais excêntricas.

Parecia haver uma abundância de planetas pequenos em vez de planetas grandes e uma tendência de planetas gigantes se formarem ao redor de estrelas enriquecidas em elementos mais pesados ​​que hidrogênio e hélio, como oxigênio, carbono e ferro – que astrônomos chamam de “metais”.

“Planetas pequenos são comuns; planetas grandes são raros. Planetas grandes precisam de estrelas ricas em metais para se formar; planetas pequenos não”, explicou Gilbert. “Planetas pequenos têm baixas excentricidades, e planetas grandes têm grandes excentricidades.”

Observar uma correlação entre a excentricidade das órbitas planetárias e a abundância de metais indicou à equipe que há dois caminhos de formação de planetas, um seguido por planetas grandes e outro seguido por planetas pequenos.

“Ver uma transição nas excentricidades das órbitas neste mesmo ponto nos diz que realmente há algo muito diferente sobre como esses planetas gigantes se formam em comparação com como planetas pequenos como a Terra se formam”, disse Gilbert. “Essa é realmente a principal descoberta a sair deste artigo.”

Caminhos diferentes Atualmente, os cientistas teorizam que os planetas se formam em nuvens de gás e poeira ao redor de estrelas recém-nascidas, os discos protoplanetários. Esses discos dão origem a novos mundos à medida que fragmentos cada vez maiores se encontram e se fundem dentro da nuvem.

Esse processo poderia formar um planeta rochoso com tamanho e massa aproximados da Terra. Porém, se um grande núcleo planetário, com cerca de 10 massas terrestres, for formado, ele pode acumular gás, criando um gigante gasoso, como Júpiter ou Saturno.

Acredita-se que planetas maiores, além do tamanho de Netuno, sejam bastante raros porque é preciso uma rápida “acreção de massa descontrolada” para acumular tanto gás. Isso acontece com mais frequência ao redor de estrelas ricas em com metais.

Os cientistas sugerem que planetas grandes em órbitas excêntricas possam experimentar processos de formação mais caóticos, pois interagem gravitacionalmente com seus irmãos para se encontrarem em órbitas mais elípticas. Esses planetas perturbam seus sistemas planetários, causando mais turbulência. Isso resulta em colisões e fusões entre planetas maiores que a Terra, criando mais planetas grandes.

Kepler “É notável o que conseguimos aprender sobre as órbitas de planetas ao redor de outras estrelas usando o Telescópio Espacial Kepler”, disse Petigura.

“O telescópio recebeu o nome de Johannes Kepler, que, quatro séculos atrás, foi o primeiro cientista a perceber que os planetas em nosso Sistema Solar se movem em órbitas ligeiramente elípticas em vez de circulares. Sua descoberta foi um momento importante na história humana porque mostrou que o Sol, em vez da Terra, estava no centro do Sistema Solar.”

“Tenho certeza de que Kepler, o homem, ficaria encantado em saber que um telescópio batizado em sua homenagem mediu as formas sutis das órbitas de planetas do tamanho da Terra ao redor de outras estrelas”, comentou.

A pesquisa foi publicada em 13 de março no periódico Proceedings of the National Academy of Sciences.