Qual o tamanho máximo que um planeta pode atingir? A teoria de astrofísicos da Califórnia

    Novas medições químicas de um sistema estelar distante lançam luz sobre como se formam os gigantes gasosos massivos: aprenda sobre a teoria com especialistas em astrofísica da Universidade da Califórnia.

    Em um novo estudo, o Telescópio Espacial James Webb capturou espectros infravermelhos detalhados de três planetas do sistema HR 8799, permitindo aos cientistas medir a composição de suas atmosferas.
    Em um novo estudo, o Telescópio Espacial James Webb capturou espectros infravermelhos detalhados de três planetas do sistema HR 8799, permitindo aos cientistas medir a composição de suas atmosferas.

    Astrofísicos da Universidade da Califórnia detectaram sulfeto de hidrogênio nas atmosferas de três exoplanetas massivos orbitando a jovem estrela HR 8799, marcando a primeira vez que essa molécula foi identificada em planetas observados por meio de imagens diretas.

    A medição, feita com o Telescópio Espacial James Webb da NASA, fornece mais evidências de que esses gigantes gasosos podem se formar da mesma maneira que Júpiter: por acreção de material sólido.

    Localizado a cerca de 130 anos-luz da Terra, o sistema HR 8799 contém quatro planetas conhecidos, cada um com várias vezes a massa de Júpiter. Desde sua descoberta em 2008, esses corpos se tornaram alvos importantes para o estudo de jovens gigantes, pois podem ser observados diretamente, em vez de inferidos a partir de mudanças sutis no movimento de sua estrela hospedeira.

    O sulfeto de hidrogênio detectado nas atmosferas dos planetas fornece evidências de que material sólido contribuiu significativamente para sua formação.
    O sulfeto de hidrogênio detectado nas atmosferas dos planetas fornece evidências de que material sólido contribuiu significativamente para sua formação.

    No novo estudo, publicado na revista Nature Astronomy, pesquisadores utilizaram o dispositivo espectrógrafo de infravermelho próximo do telescópio James Webb para analisar a luz infravermelha de três planetas: HR 8799 C, D e E. Os espectros revelaram a presença de vapor d'água, metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio. A partir dessas medições, a equipe calculou a abundância de carbono, oxigênio e enxofre em cada atmosfera.

    Os resultados mostraram que os três planetas são enriquecidos com esses elementos mais pesados em comparação com suas estrelas hospedeiras, numa proporção de aproximadamente dois para nove.

    O que a química revela

    Planetas gigantes podem se formar por meio de duas vias principais. Em uma delas, uma região de um disco protoplanetário colapsa rapidamente sob a ação da gravidade, produzindo um planeta cuja composição se assemelha muito à de sua estrela. Na outra, um núcleo sólido se forma inicialmente a partir de rocha e gelo, antes de atrair uma espessa camada de gás em um processo ascendente mais lento, que pode concentrar elementos mais pesados na atmosfera.

    Carbono e oxigênio, por si só, não são críticos, pois ambos podem ser incorporados por meio da acreção de gás. O enxofre, no entanto, impõe uma restrição maior. Nas regiões externas e frias de um disco, espera-se que o enxofre seja encontrado quase que inteiramente como partículas sólidas, em vez de como um gás livre.

    Os planetas gigantes de HR 8799 têm várias vezes a massa de Júpiter e orbitam a grandes distâncias de sua estrela.
    Os planetas gigantes de HR 8799 têm várias vezes a massa de Júpiter e orbitam a grandes distâncias de sua estrela.

    Um planeta formado principalmente pelo colapso de gás deveria reter níveis de enxofre próximos aos estelares; um planeta que incorpora uma quantidade significativa de material sólido deveria apresentar um claro enriquecimento.

    Os planetas do sistema HR 8799 exibem níveis elevados de enxofre, e o grau de enriquecimento de enxofre corresponde em grande parte ao de carbono e oxigênio, sugerindo que o material sólido desempenhou um papel crucial na formação desses enormes corpos celestes.

    Implicações para planetas massivos

    Júpiter e Saturno exibem um enriquecimento semelhante de elementos pesados em relação ao Sol, uma característica tipicamente associada à acreção de núcleo. Os novos resultados indicam que processos similares podem ocorrer em planetas com massa várias vezes maior que a de Júpiter e a distâncias muito maiores de suas estrelas.

    As observações em infravermelho feitas pelo Telescópio Espacial James Webb permitem que os cientistas meçam a composição atmosférica de exoplanetas fotografados diretamente com um nível de detalhe sem precedentes.
    As observações em infravermelho feitas pelo Telescópio Espacial James Webb permitem que os cientistas meçam a composição atmosférica de exoplanetas fotografados diretamente com um nível de detalhe sem precedentes.

    O estudo estima que os quatro planetas de HR 8799 contenham coletivamente aproximadamente 600 massas terrestres de elementos pesados, o que implica uma reserva substancial de sólidos no disco protoplanetário do sistema.

    Ainda não se sabe ao certo se os planetas se formaram no mesmo local ou migraram. No entanto, seu padrão químico compartilhado sugere uma história de formação comum, construída a partir de material sólido em vez de gás.