Uma equipa internacional demonstrou a existência de duas populações distintas de sub-Netunos, resolvendo um debate na comunidade científica.
A maioria das estrelas da nossa galáxia abriga planetas. Os mais abundantes são os sub-Netunos, planetas entre o tamanho da Terra e Netuno. Calcular sua densidade representa um problema para os cientistas: dependendo do método utilizado para medir sua massa, duas populações são destacadas, a densa e a menos densa. Isso se deve a um viés observacional ou à existência física de duas populações distintas de sub-Netunos? Trabalhos recentes do NCCR PlanetS, da Universidade de Genebra e da Universidade de Berna (UNIBE) defendem a última opção. Saiba mais na revista Astronomia e Astrofísica.
Exoplanetas são abundantes em nossa galáxia. Os mais comuns são aqueles entre o raio da Terra (cerca de 6.400 km) e Netuno (cerca de 25.000 km), conhecidos como ''sub-Netunos''. Estima-se que 30% a 50% das estrelas semelhantes ao Sol contenham pelo menos um destes.
Calcular a densidade destes planetas é um desafio científico. Para estimar sua densidade, devemos primeiro medir sua massa e raio. Problema: os planetas cuja massa é medida pelo método TTV (Transit-Timing Variation) são menos densos do que os planetas cuja massa foi medida pelo método da velocidade radial, o outro método de medição possível.
''O método TTV envolve medir variações no tempo de trânsito. Interações gravitacionais entre planetas no mesmo sistema modificarão levemente o momento em que os planetas passam na frente de sua estrela'', explica Jean-Baptiste Delisle, colaborador científico do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade de Genebra e coautor do estudo. ''O método da velocidade radial, por outro lado, envolve medir as variações na velocidade da estrela induzidas pela presença do planeta ao seu redor''.
Eliminando qualquer preconceito
Uma equipe internacional liderada por cientistas do NCCR PlanetS, UNIGE e UNIBE publicou um estudo explicando este fenômeno. Não se deve a preconceitos de seleção ou de observação, mas a razões físicas. “A maioria dos sistemas medidos pelo método TTV estão em ressonância”, explica Adrien Leleu, professor assistente no Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade de Genebra e autor principal do estudo.
Dois planetas estão em ressonância quando a razão entre seus períodos orbitais é um número racional. Por exemplo, quando um planeta faz duas órbitas em torno da sua estrela, outro planeta faz exatamente uma. Se vários planetas estiverem em ressonância, forma-se uma cadeia de ressonâncias de Laplace. “Portanto, questionámo-nos se haveria uma ligação intrínseca entre a densidade e a configuração orbital ressonante de um sistema planetário”, continua o investigador.
Para estabelecer a ligação entre densidade e ressonância, os astrónomos tiveram primeiro de excluir qualquer enviesamento nos dados, selecionando rigorosamente os sistemas planetários para análise estatística. Por exemplo, um planeta grande e de baixa massa detectado em trânsito requer mais tempo para ser detectado em velocidades radiais. Isto aumenta o risco de as observações serem interrompidas antes de o planeta ser visível nos dados de velocidade radial e, portanto, antes de a sua massa ser estimada.
''Este processo de seleção levaria a um viés na literatura em favor de massas e densidades mais altas para planetas caracterizados pelo método da velocidade radial. Como não temos medições das suas massas, os planetas menos densos seriam excluídos das nossas análises”, explica Adrien Leleu.
Uma vez realizada esta limpeza de dados, os astrónomos conseguiram determinar, através de testes estatísticos, que a densidade dos sub-Netunos é menor em sistemas ressonantes do que os seus homólogos em sistemas não ressonantes, independentemente do método utilizado para determinar a sua massa. .
Uma questão de ressonância
Os cientistas sugerem várias explicações possíveis para esta ligação, incluindo os processos envolvidos na formação de sistemas planetários. A principal hipótese do estudo é que todos os sistemas planetários convergem para um estado de cadeia de ressonância nos primeiros momentos de sua existência, mas apenas 5% permanecem estáveis. Os outros 95% tornam-se instáveis. A cadeia de ressonância então se rompe, gerando uma série de “catástrofes”, como colisões entre planetas. Os planetas se fundem, aumentando sua densidade e depois se estabilizando em órbitas não ressonantes.
Este processo gera duas populações muito distintas de Sub-Netunos: densa e menos densa. ''Os modelos numéricos de formação e evolução de sistemas planetários que desenvolvemos em Berna nas últimas duas décadas reproduzem exatamente esta tendência: planetas em ressonância são menos densos. Este estudo, além disso, confirma que a maioria dos sistemas planetários foram o local de colisões gigantes, semelhantes ou até mais violentas do que aquela que deu origem à nossa Lua'', conclui Yann Alibert, professor da Divisão de Pesquisa Espacial e Ciências Planetárias (WP) da UNIBE e codiretor do Centro de Espaço e Habitabilidade e coautor do estudo.
