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O que faz um planeta? Lições aprendidas 14 anos após o rebaixamento de Plutão

Embora agora acreditemos que entendemos como o Sol e nosso sistema solar se formaram, essa visão inicial é apenas uma ilustração. Quando se trata do que vemos hoje, tudo o que nos resta são os sobreviventes. O que existia nos estágios iniciais era muito mais abundante do que o que sobrevive hoje. (LABORATÓRIO DE FÍSICA APLICADA DA JOHNS HOPKINS UNIVERSITY/INSTITUTO DE PESQUISA DO SUDOESTE (JHUAPL/SWRI))

Em 2006, a IAU rebaixou Plutão. Aqui está o que sabemos hoje.

Em 2006, o último planeta do nosso Sistema Solar sofreu um insulto inesquecível, pois Plutão – conhecido por gerações como nosso nono planeta – foi rebaixado ao status de planeta anão. Uma série de descobertas de telescópios terrestres e espaciais revelaram muito do que havia além de Netuno, e Plutão se encaixava muito melhor como um membro padrão desses objetos do cinturão de Kuiper do que com qualquer um dos outros oito planetas. Como resultado, a nova definição da União Astronômica Internacional rebaixou Plutão ao status de planeta anão, mesmo quando a missão New Horizons já estava a caminho.

Nos 14 anos desde então, no entanto, fizemos uma incrível quantidade de descobertas. Continuamos a encontrar, identificar e caracterizar objetos no cinturão de Kuiper. A New Horizons visitou Plutão e revelou este mundo exterior como nunca antes. Além disso, missões como Kepler e TESS da NASA encontraram milhares de novos exoplanetas, enquanto observações independentes descobriram uma população interestelar de planetas desonestos há muito suspeitos: planetas sem estrelas-mãe. Ainda é um assunto controverso hoje, mas aqui está o que sabemos sobre planetas em nosso Universo.

Regiões de formação de estrelas, como esta na Nebulosa Carina, podem formar uma enorme variedade de massas estelares se puderem entrar em colapso com rapidez suficiente. Dentro da 'lagarta' há uma proto-estrela, mas está nos estágios finais de formação, pois a radiação externa evapora o gás mais rapidamente do que a estrela recém-formada pode acumulá-lo. Também deve haver muitos protoplanetas jovens dentro. (NASA, ESA, N. SMITH, UNIVERSIDADE DA CALIFÓRNIA, BERKELEY, E HUBBLE HERITAGE TEAM. STSCI/AURA)

A primeira coisa que todos nós precisamos entender é de onde os planetas vêm. Sempre que você tem uma grande nuvem de gás molecular no espaço, ela tem potencial para se tornar uma verdadeira fábrica de formação de novos planetas. A maneira como a concebemos com mais frequência é a maneira como pensamos que aconteceu com o nosso Sistema Solar há muito tempo:

• uma nuvem fria de gás colapsa sob sua própria gravidade,
• que se fragmenta em vários aglomerados,
• os aglomerados maiores, mais densos e de maior massa levam a estrelas,
• que acendem a fusão nuclear, formam um disco circunstelar, e esse disco recebe suas próprias imperfeições gravitacionais, que levam a planetas e, às vezes, sistemas multi-estrelas.

Nos últimos anos, telescópios especializados em observações de comprimento de onda longo, como infravermelho ou bandas de microondas/rádio, revelaram pela primeira vez esses planetas formando lacunas nesses discos protoplanetários. Devido a essas observações astronômicas inovadoras, podemos realmente observar o processo de formação dos planetas em ação.

20 novos discos protoplanetários, conforme fotografados pela colaboração Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP), mostrando como são os sistemas planetários recém-formados. As lacunas no disco são provavelmente as localizações de planetas recém-formados, com as maiores lacunas provavelmente correspondendo aos protoplanetas mais massivos. (S. M. ANDREWS ET AL. E A COLABORAÇÃO DSHARP, ARXIV: 1812.04040)

Em um estágio posterior, podemos observar os sistemas planetários maduros que acabam se formando em torno dessas estrelas. Os três principais métodos pelos quais observamos esses sistemas exoplanetários são:

1. o método de trânsito, onde os planetas passam periodicamente entre uma estrela distante e nossos telescópios,
2. o método de oscilação estelar, onde a atração gravitacional de um planeta sobre sua estrela causa um desvio periódico para o vermelho/azul para a luz da estrela,
3. e imagens diretas, que podem revelar planetas brilhantes que estão bem separados de sua estrela-mãe.

O que aprendemos é absolutamente fascinante. Os planetas vêm em uma grande variedade de tamanhos, desde menores que Marte e Mercúrio até maiores que o tamanho de Júpiter, e orbitam em uma ampla variedade de distâncias. Planetas gigantes e rochosos podem coexistir dentro do mesmo sistema solar a qualquer distância que desejarem. Nosso Sistema Solar, com planetas rochosos internos e planetas gigantes gasosos externos, nem é a opção mais comum.

Hoje, como mostrado na figura 10, conhecemos mais de 3.500 exoplanetas confirmados, com mais de 2.500 dos encontrados nos dados do Kepler. Esses planetas variam em tamanho de maiores que Júpiter a menores que a Terra, com a maioria deles entre o tamanho da Terra e Netuno. (NASA/AMES RESEARCH CENTER/JESSIE DOTSON E WENDY STENZEL)

Aprendemos que a combinação massa/tamanho mais comum para um planeta é intermediária entre Vênus/Terra e Urano/Netuno: uma classe de mundos que recebeu o nome de super-Terra desde o início. Durante anos no início de 2010, uma questão que os astrônomos se perguntavam era: por que não temos uma super-Terra em nosso Sistema Solar?

Mas descobriu-se que essa era a pergunta errada, conforme dados melhores revelaram. A missão Kepler da NASA foi capaz de revelar o raio e os parâmetros orbitais de milhares de novos exoplanetas, mas foram necessárias observações de acompanhamento (principalmente usando o método de oscilação estelar) para aprender as massas desses exoplanetas. Quando planejamos todos eles, aprendemos algo fascinante.

Em vez da classe artificial de super-Terra que inventamos, havia apenas três classes de planetas:

1. planetas terrestres, que eram rochosos e tinham apenas atmosferas finas,
2. Gigantes semelhantes a Netuno, que tinham envelopes substanciais de hidrogênio/hélio,
3. e gigantes semelhantes a Júpiter, que eram dominados pelo gás, mas também exibiam autocompressão gravitacional.

Quando mapeamos os planetas que observamos e medimos tanto sua massa física quanto seu raio físico, descobrimos que eles se enquadram em apenas três categorias: terrestres, netunianos ou jovianos. Qualquer coisa que seja mais pesada que um mundo joviano acende a fusão em seu núcleo e se torna uma estrela. Há alguma incerteza quanto às fronteiras dessas categorias. (CHEN E KIPPING, 2016)

É isso, pelo menos para planetas que orbitam em torno de estrelas. Mas você tem que estar orbitando em torno de uma estrela para ser considerado um planeta?

Não necessariamente. Em teoria, existem duas maneiras de ter o que chamamos de planeta rebelde, ou um planeta sem uma estrela-mãe. Você também pode:

• formar um planeta como parte de um sistema solar e, em seguida, ter interações gravitacionais ejetá-lo,
• ou deixar de reunir massa suficiente para formar uma estrela em uma porção de uma nuvem de gás, formando um planeta que nunca teve uma estrela-mãe.

Suspeitamos que, para cada sistema solar como o nosso que se forma, um mundo do tamanho de Urano e cinco a dez mundos terrestres são formados e ejetados, enviados para o espaço interestelar por interações gravitacionais. Ao longo dos 14 anos desde o rebaixamento de Plutão, encontramos alguns desses planetas desonestos: através de microlentes (onde eles passam entre a linha de visão de uma estrela, iluminando-a temporariamente) ou, quando temos mais sorte, por observações infravermelhas diretas.

O candidato a planeta desonesto CFBDSIR2149, como fotografado no infravermelho, é um mundo gigante gasoso que emite luz infravermelha, mas não tem estrela ou outra massa gravitacional que orbita. Não se sabe se este é um planeta ejetado de um sistema solar anterior, ou se este é um planeta que foi formado sem uma estrela-mãe. (ESO/P. DELORME)

No entanto, a ciência da microlente ainda está em sua infância, mas está prestes a melhorar tremendamente com a próxima geração de telescópios, e o Observatório Vera Rubin em particular. Os planetas desonestos que estão por aí estão além do alcance da imagem direta, mas devem estar flutuando por toda a galáxia. Quando eles passam pela linha de visão que conecta nossos telescópios a uma estrela, eles devem causar um brilho característico e breve, o que deve nos permitir começar a estimar quantos deles (e quais massas eles têm) estão lá fora.

Em teoria, os planetas desonestos ejetados são a vasta minoria; a esmagadora maioria deles deve vir do cenário de formação estelar falhada. De acordo com um estudo de 2012 , para cada estrela que se formou em nossa galáxia, devemos ter algo entre 100 e 100.000 desses planetas desonestos que também se formam. Eles estão destinados para sempre a vagar, sem pais, pelo espaço interestelar.

Quando um objeto massivo passa entre nossa linha de visão e uma fonte luminosa distante, há um brilho e escurecimento que ocorrerá com base apenas na geometria e na massa do objeto intermediário (lente). Por meio desse mecanismo, conseguimos estimar a população de massas em nossa galáxia e não encontramos evidências de uma lacuna de massa, mas vemos vários candidatos interessantes nessa faixa de massa. Não sabemos a natureza ou origem desses objetos, apenas suas massas. (INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXOPLANETAS DA NASA / JPL-CALTECH / IPAC)

Ao mesmo tempo, nossa visita a Plutão com a espaçonave New Horizons nos revelou exatamente como é esse planeta anão distante. O mundo é geologicamente fascinante, com sua própria atmosfera completa com neblinas, montanhas de gelo e planícies que flutuam sobre um oceano líquido espesso, padrões climáticos nevados e uma superfície complexa e variada que evolui ao longo do tempo. De muitas maneiras, é mais complexo e tem mais potencial para reações químicas interessantes – possivelmente até incluindo atividade biológica – do que planetas genuínos como Mercúrio.

Seu sistema lunar, podemos concluir agora, provavelmente foi formado como resultado de um impacto gigante, com o grande Caronte e as quatro luas externas menores orbitando em ressonância uma com a outra. É o maior objeto no cinturão de Kuiper agora que Eris foi confirmado como sendo 1% menor e Tritão, o antigo maior corpo, foi capturado por Netuno. Em termos de tamanho, Plutão é realmente o atual rei do cinturão de Kuiper.

Plutão e sua lua Caronte; composição de imagem costurada a partir de muitas imagens da New Horizons. A New Horizons foi a missão mais bem-sucedida já enviada ao cinturão de Kuiper e viajará para além dele em algum momento na próxima década ou duas. (NASA / NOVOS HORIZONTES / LORRI)

No entanto, é bastante claro que Plutão é muito diferente em termos de propriedades físicas, história de formação e localização de todos os outros planetas. Tem a mesma composição de outros objetos do Cinturão de Kuiper, com baixa densidade e uma atmosfera criada por voláteis interagindo com a radiação solar. Ele não domina sua órbita, mas é extremamente baixo em massa e pequeno em tamanho. Tem muito mais em comum com Eris, Makemake, Haumea e outros grandes objetos transnetunianos do que qualquer um dos planetas.

Na verdade, ele atende apenas a dois dos três critérios que a União Astronômica Internacional estabeleceu em sua definição de planeta (em nosso Sistema Solar). Eles disseram que um planeta deve:

1. tem gravidade suficiente para entrar em equilíbrio hidrostático: esférico se você não estiver girando, esferoidal se estiver,
2. orbitar o Sol e nenhum outro corpo (ou seja, não ser uma lua),
3. e deve limpar sua órbita de outros corpos massivos na escala de tempo da vida do Sol.

Plutão não chega nem perto de atender ao terceiro critério, então apenas aqueles que seguem definições geofísicas – onde a localização e a história da formação são ignoradas – ainda consideram Plutão um planeta de alguma forma.

Quando você classifica todas as luas, planetas pequenos e planetas anões em nosso Sistema Solar, você pode ver que muitos dos maiores objetos não planetários são luas, com alguns sendo objetos do cinturão de Kuiper. Plutão é claramente diferente dos mundos planetários em termos de massa, tamanho, densidade e composição, bem como localização. (MONTAGEM DE EMILY LAKDAWALLA. DADOS DA NASA/JPL, JHUAPL/SWRI, SSI E UCLA/MPS/DLR/IDA, PROCESSADOS POR GORDAN UGARKOVIC, TED STRYK, BJORN JONSSON, ROMAN TKACHENKO E EMILY LAKDAWALLA)

Com a recente explosão em nosso conhecimento de sistemas exoplanetários, os astrônomos começaram a se perguntar se havia uma maneira de estender nossa definição de planeta para outros sistemas solares. Não é possível medir a forma de um planeta que orbita outra estrela, pois eles só parecem pontuais da nossa perspectiva. Também não é possível determinar se um planeta em potencial limpou sua órbita ou não, pois os corpos menores que podem orbitar uma estrela distante não podem ser observados.

Felizmente, o astrônomo Jean-Luc Margot apresentou um método muito inteligente que se baseava apenas na medição da massa e das propriedades orbitais de um exoplaneta para determinar se ele atendia ou não aos critérios da IAU. A gravidade funciona da mesma maneira em todo o Universo e na galáxia, portanto, para qualquer distância específica, há uma massa mínima que limpará sua órbita na escala de tempo da vida de uma estrela. Os 8 planetas do Sistema Solar estão todos dentro; Plutão está claramente fora. Curiosamente, se o sistema Terra-Lua fosse substituído apenas pela nossa Lua, estaria bem na fronteira do que constitui (ou não constitui) um planeta.

Se você exigir que um exoplaneta atenda aos mesmos critérios planetários que a União Astronômica Internacional definiu para nosso sistema solar, você pode determinar quais são essas relações medindo apenas a massa e a distância orbital do exoplaneta. As linhas representam o que é (acima) e não é (abaixo) um planeta, por esses critérios. (MARGOT (2015), VIA HTTP://ARXIV.ORG/ABS/1507.06300 )

Quando juntamos todas essas informações, surge uma perspectiva fascinante. Plutão, de uma perspectiva puramente geofísica, é um mundo fascinante por si só. Provavelmente existem cerca de 10 objetos semelhantes a Plutão em todos os sistemas solares como o nosso, mas nenhum deles atenderá aos critérios de planetidade que estabelecemos, pois nenhum deles dominará suas órbitas o suficiente. Os próprios planetas vêm apenas em três variedades: mundos terrestres, gigantes semelhantes a Netuno e gigantes semelhantes a Júpiter que exibem autocompressão. Dentro de um sistema solar, nada mais atende aos padrões que estabelecemos.

Mas fora de um sistema solar, trilhões e trilhões de planetas rebeldes – que não atendem à definição de planeta – vagam pelo espaço interestelar. Não sabemos quantos existem, como são suas distribuições de massa ou apenas que fração deles já foram planetas verdadeiros como parte de um sistema solar versus aqueles que nasceram sem uma estrela-mãe.

Plutão, da perspectiva de um astrônomo, nunca foi um planeta. Mas o Universo, não importa como você classifique os objetos dentro dele, é ainda mais rico por causa dos corpos rochosos e gelados presentes nele.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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