A Terra é a 'Super-Terra' perdida do nosso Sistema Solar?
O mundo de tamanho mais comum na galáxia é uma super-Terra, entre 2 e 10 massas terrestres, como Kepler 452b, certo. Onde está o nosso? (Crédito da imagem: NASA/Ames/JPL-Caltech/T. Pyle)
Os relatos de que nosso Sistema Solar está perdendo o tipo mais comum de planeta da galáxia são muito exagerados.
Levantar novas questões, novas possibilidades, encarar velhos problemas de um novo ângulo, requer imaginação criativa e marca um verdadeiro avanço na ciência. -Albert Einstein
Não faz muito tempo que pensávamos que nosso Sistema Solar era o protótipo de como os sistemas planetários deveriam ser configurados. Pensávamos que havia duas classes de planetas: os mundos rochosos, que encontraríamos agrupados nas regiões internas, e os gigantes gasosos, localizados mais distantes. A partir da década de 1990, finalmente começamos a descobrir planetas ao redor de estrelas que não a nossa, e não tivemos apenas um, mas dois despertares rudes, e descobrimos que nosso Sistema Solar estava não normal. Dentro um novo artigo que acabou de ser aceito para publicação esta semana, dois astrofísicos da Universidade de Columbia podem ter explicado o porquê.
Uma ilustração do conjunto completo de planetas descobertos por Kepler. (Crédito da imagem: NASA / W. Stenzel)
Ter mundos pequenos e rochosos no sistema solar interno e grandes gigantes gasosos no sistema solar externo não é a norma, como poderíamos esperar. Descobriu-se que gigantes gasosos e planetas rochosos podiam ser encontrados em qualquer lugar, com grandes mundos tão prováveis quanto os pequenos de estarem próximos de suas estrelas-mãe. Os planetas que estávamos descobrindo mostraram que não há nada que impeça os gigantes gasosos de se tornarem Júpiteres quentes e, na verdade, eles se tornaram bastante comuns. Mas a segunda surpresa foi ainda mais intrigante e veio graças ao trabalho pioneiro do observatório espacial Kepler da NASA. Enquanto mundos rochosos do tamanho da Terra – e mundos rochosos um pouco maiores e um pouco menores – eram comuns, assim como mundos do tamanho de Netuno e Júpiter, havia uma terceira classe de planeta que era a mais comum de todas. Entre o tamanho da Terra e Netuno havia uma possibilidade que havíamos ignorado: um mundo super-Terra (ou mini-Netuno). Como se viu, havia mais super-Terras do que qualquer outro tipo.
O número de planetas descobertos pelo Kepler classificados por sua distribuição de tamanho, a partir de maio de 2016, quando o maior número de novos exoplanetas foi lançado. Os mundos Super-Terra/mini-Netuno são de longe os mais comuns. (Crédito da imagem: NASA Ames / W. Stenzel)
A princípio, o enigma era por que essa classe de mundo surpreendente era tão abundante. Mas à medida que as simulações da formação planetária em torno das estrelas começaram a melhorar, começamos a ver que uma distribuição suave emergia até os planetas que sobreviveriam. Mundos com massa muito baixa tenderiam a ser absorvidos, ejetados ou lançados ao Sol por outros corpos. À medida que a massa do planeta aumentava, sua probabilidade de sobrevivência aumentava. Os mundos mais massivos – cerca de três vezes a massa da Terra ou mais – teriam uma força gravitacional suficiente para se agarrar a um envelope de hidrogênio e hélio, mas com uma superfície rochosa não muito distante. Esses mundos de massa intermediária estariam em algum lugar entre um mundo rochoso e um gigante gasoso. Mas à medida que você procurava por mundos cada vez mais massivos, você começava a ver cada vez menos deles. O Universo não forma um número cada vez maior de mundos com alta massa simplesmente por causa da quantidade de material disponível. Lembre-se: seria necessário o material de 317 Terras para fazer apenas um Júpiter!
Embora o Kepler tenha encontrado planetas do tamanho da Terra, a grande maioria dos descobertos são maiores que a Terra, mas não extremamente grandes, pois você fica sem massa rapidamente. (Crédito da imagem: NASA Ames / W. Stenzel; Universidade de Princeton / T. Morton)
À medida que nossa compreensão da formação planetária melhorou, isso levou a uma questão diferente, talvez mais existencial. Se as super-Terras fossem o tipo de mundo mais comum, o que tornou nosso Sistema Solar tão especial que não temos um? As possibilidades eram intrigantes, mas frustrantes, incluindo:
- Que as primeiras super-Terras se formaram, mas não sobreviveram, talvez sendo ejetadas à medida que os planetas gigantes migravam.
- Que todo o Sistema Solar interior foi apagado antes de Júpiter se mover para fora, e os mundos rochosos são tão pequenos porque se formaram tarde, depois que a maior parte do material se foi.
- Ou que nossos gigantes gasosos maciços e o Sol engoliram o material inicial formador de planetas para si mesmos, eliminando a possibilidade de uma super-Terra.
Mas utilizando um novo desenvolvimento na previsão probabilística, os cientistas Jingjing Chen e David Kipping apresentaram uma explicação nova, intrigante e convincente que nos ensina que estamos olhando para o problema de maneira errada.
A suposição de que mundos um pouco maiores/mais massivos do que a Terra seriam rochosos pode ser errônea e pode nos levar a eliminar uma grande fração do que era anteriormente classificado como mundos potencialmente habitáveis. Crédito da imagem: PHL na Universidade de Puerto Rico Arecibo (phl.upr.edu).
Na maioria dos casos, para os planetas candidatos que observamos, conhecemos a massa ou o raio, mas não ambos. Isso apresenta uma dificuldade, porque ambos são necessários para saber se você tem um mundo rochoso, como a Terra, ou um mundo gasoso, como Netuno. Você pode imaginar dois mundos muito diferentes, cada um com três vezes a massa da Terra: um que tem um núcleo rochoso de 2,8 massas terrestres com apenas um fino envelope de gás ao seu redor, e um que tem um núcleo rochoso de 1,5 massas terrestres, com uma quantidade igual de massa em hidrogênio e hélio. O primeiro planeta é bastante parecido com a Terra, mas é de fato uma super-Terra: maior, mais massivo e com uma atmosfera apenas um pouco mais espessa. O segundo, porém, é mais um mini-Netuno: teria cerca de 10.000 km de atmosfera acima da superfície rochosa em todas as direções, o suficiente para que a pressão na superfície esmagasse qualquer vida como a conhecemos.
Embora muitos dos candidatos semelhantes à Terra do Kepler estejam próximos da Terra em tamanho físico, eles podem ser mais parecidos com Netuno do que com a Terra se tiverem um envelope H/He espesso ao seu redor. (Crédito da imagem: NASA Ames / N. Batalha e W. Stenzel)
O que Chen e Kipping fizeram de tão notável foi prever exatamente onde está o corte super-Terra/mini-Netuno. Embora tenhamos chamado tudo entre esses mundos de super-Terras, o que eles mostraram é que é um esquema de classificação terrível. Em vez disso, o que eles encontraram foi:
- Qualquer mundo com menos de apenas 2,0 ± 0,6 massas terrestres provavelmente será rochoso.
- Qualquer mundo entre cerca de 2,0 e 130 massas terrestres é um mundo semelhante a Netuno.
- Qualquer mundo entre cerca de 130 massas terrestres e 8% da massa do nosso Sol é semelhante a Júpiter.
- E qualquer coisa mais massiva que 8% do nosso Sol é uma estrela em si.
É isso! As outras classificações, afirmam eles, são simplesmente tolices. Se você deseja classificar um planeta por suas propriedades, em vez de arbitrariamente, este é o caminho a seguir.
O esquema de classificação dos planetas como rochosos, semelhantes a Netuno, semelhantes a Júpiter ou semelhantes a estrelas. (De Chen e Kipping, 2016, via https://arxiv.org/pdf/1603.08614v2.pdf )
O que nos diz é que maioria dos mundos que chamamos de super-Terras estão, na verdade, na extremidade de baixa massa de mundos semelhantes a Netuno, confirmando uma suspeita mantida por muitos por anos. Para planetas encontrados pelo método de trânsito, um mundo com 2,0 massas terrestres e rochoso será apenas cerca de 25% maior em raio do que a Terra; maior do que isso e você provavelmente é parecido com Netuno, com um enorme envelope de hidrogênio/hélio.
Embora uma inspeção visual mostre uma grande lacuna entre mundos do tamanho da Terra e do tamanho de Netuno, a realidade é que você só pode ser cerca de 25% maior que a Terra e ainda ser rochoso. Qualquer coisa maior, e você é mais um gigante gasoso. (Crédito da imagem: Instituto Lunar e Planetário)
E a razão, portanto, que nosso Sistema Solar não tem super-Terras? É porque, com massas de 50% e 40% desse limiar de transição, respectivamente, a Terra e Vênus são as super-Terras que estávamos procurando: os planetas rochosos de alta massa. A próxima classe de planetas são os mundos semelhantes a Netuno, e na verdade temos três deles. (Desculpe, Saturno!) Como Chen e Kipping observam :
O grande número de 2-10 planetas [de massa da Terra] descobertos é frequentemente citado como evidência de que as Super-Terras são muito comuns e, portanto, a composição do Sistema Solar é incomum… massas], o Sistema Solar não é mais incomum. De fato, por nossa definição, três dos oito planetas do Sistema Solar são mundos netunianos, que são o tipo mais comum de planeta em torno de outras estrelas semelhantes ao Sol.
Em outras palavras, é verdade que nosso Sistema Solar não possui planetas entre duas e dez massas terrestres, e isso por si só é raro. Mas essa não é uma boa maneira de classificar planetas; eles são simplesmente parte da classe maior de mundos netunianos, dos quais temos três. Acontece que estamos olhando para o problema das super-Terras desaparecidas de maneira errada. Se olharmos corretamente, aprendemos duas coisas revolucionárias: o que chamamos de super-Terras não é nada parecido com a Terra e que não há um problema a ser resolvido, pois nosso Sistema Solar não é afinal falta alguma coisa.
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