Em sistemas planetários jovens, os gigantes gasosos se formam de forma mais eficiente e rápida do que se supunha anteriormente, como mostram novas simulações de computador.
Perturbações em forma de anel em discos de gás e poeira orbitando estrelas jovens podem desencadear a formação de vários gigantes gasosos, como pesquisadores do ORIGINS Cluster of Excellence, Ludwig-Maximilians-Universität em Munique e do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar (MPS) em Göttingen relatam na edição atual do periódico Astronomy and Astrophysics. A equipe desenvolveu um modelo que pela primeira vez combina todos os processos físicos necessários que desempenham um papel na formação de planetas. De acordo com esse modelo, planetas gigantes podem se formar de forma mais eficiente e rápida do que se supunha anteriormente. Os resultados são consistentes com observações recentes.
Nosso sistema solar é nossa vizinhança cósmica imediata. Nós o conhecemos bem: o Sol no centro; os planetas rochosos Mercúrio, Vênus, Terra e Marte; e então o cinturão de asteroides seguido pelos gigantes gasosos Júpiter e Saturno; então os gigantes de gelo Urano e Netuno; e finalmente o cinturão de Kuiper com seus cometas. Mas quão bem realmente conhecemos nosso lar? Teorias anteriores assumiram que planetas gigantes são formados por colisões e acumulações de corpos semelhantes a asteroides, os chamados planetesimais, e a subsequente acreção de gás ao longo de milhões de anos. No entanto, esses modelos não explicam nem a existência de gigantes gasosos localizados longe de suas estrelas nem a formação de Urano e Netuno.
De grãos de poeira a planeta gigante
Em seu novo modelo, os astrofísicos do ORIGINS Cluster, LMU e MPS levam em conta pela primeira vez todos os processos que são decisivos para a formação de planetas. – Esta é a primeira vez que uma simulação rastreia o processo pelo qual a poeira fina se transforma em planetas gigantes, – observa Tommy Chi Ho Lau, principal autor do estudo e doutorando na LMU.
Com seu modelo, os pesquisadores demonstram como partículas de poeira de tamanho milimétrico se acumulam aerodinamicamente no disco de gás turbulento, e como essa perturbação inicial no disco aprisiona a poeira e a impede de desaparecer na direção da estrela. Esse acúmulo torna o crescimento de planetas muito eficiente, pois de repente muito material de construção está disponível dentro de uma área compacta e as condições certas para a formação de planetas estão presentes. Quando um planeta fica grande o suficiente para influenciar o disco de gás, isso leva a um enriquecimento renovado de poeira mais longe no disco, explica Til Birnstiel, professor de astrofísica teórica na LMU e membro do ORIGINS Cluster of Excellence. No processo, o planeta direciona a poeira, como um cão pastor perseguindo seu rebanho, para a área fora de sua própria órbita. O processo começa novamente, de dentro para fora, e outro planeta gigante pode se formar.
Variedade de gigantes gasosos em nosso e outros sistemas solares
Em nosso sistema solar, os gigantes gasosos estão situados a uma distância de cerca de 5 unidades astronômicas (au) (no caso de Júpiter) a 30 au (Netuno) do Sol. Para efeito de comparação, a Terra está a cerca de 150 milhões de quilômetros do Sol, o que é equivalente a 1 au. “Em outros sistemas planetários, uma perturbação no disco protoplanetário poderia desencadear o processo de formação de planetas a distâncias muito maiores”, diz a Dra. Joanna Drazkowska do MPS.
Tais sistemas têm sido observados frequentemente nos últimos anos pelo observatório de rádio ALMA, que encontrou gigantes gasosos em discos jovens a uma distância além de 200 ua. No entanto, o modelo também explica por que nosso sistema solar aparentemente parou de formar planetas adicionais depois de Netuno: o material de construção foi simplesmente usado.
Os resultados do estudo correspondem às observações atuais de sistemas planetários jovens que têm subestruturas pronunciadas em seus discos. Essas subestruturas desempenham um papel decisivo na formação de planetas. O estudo indica que a formação de planetas gigantes e gigantes gasosos ocorre com maior eficiência e velocidade do que se supunha anteriormente. Essas novas percepções podem refinar nossa compreensão da origem e do desenvolvimento dos planetas gigantes em nosso sistema solar e explicar a diversidade de sistemas planetários observados.