Uma nova pesquisa da Universidade Rice indica que Júpiter remodelou drasticamente o início do sistema solar. De acordo com o estudo, o gigante planetário criou anéis e amplas lacunas no disco protoplanetário, ajudando a resolver um mistério antigo: por que muitos meteoritos primitivos se formaram vários milhões de anos após os primeiros materiais sólidos. O trabalho baseia-se em modelos hidrodinâmicos do crescimento de Júpiter combinados com simulações que acompanham a evolução de poeira e planetas jovens. Os resultados foram publicados na Science Advances.
Usando simulações computacionais avançadas, os cientistas planetários André Izidoro e Baibhav Srivastava descobriram que a rápida expansão inicial de Júpiter perturbou o disco de gás e poeira ao redor do jovem Sol. A forte gravidade do planeta gerou ondulações por todo o disco, criando o que eles descrevem como “engarrafamentos cósmicos” que impediram partículas pequenas de caírem em direção ao Sol. Em vez disso, essas partículas se acumularam em faixas densas, permitindo que se fundissem em planetesimais, os precursores sólidos dos planetas.
Planetesimais de Segunda Geração e a Origem dos Condritos
Uma descoberta importante do estudo é que os planetesimais se formando dentro dessas faixas não eram os blocos de construção originais do sistema solar. Eles pertenciam a uma segunda geração e se formaram em um período que coincide com o nascimento de muitos condritos, uma classe de meteoritos rochosos que contêm pistas químicas e cronológicas da era mais antiga do sistema solar.
“Os condritos são como cápsulas do tempo desde o alvorecer do sistema solar,” disse Izidoro, professor assistente de ciências da Terra, ambientais e planetárias na Rice. “Eles caíram na Terra ao longo de bilhões de anos, onde os cientistas os coletam e estudam para desvendar pistas sobre nossas origens cósmicas. O mistério sempre foi: por que alguns desses meteoritos se formaram tão tarde, 2 a 3 milhões de anos após os primeiros sólidos? Nossos resultados mostram que o próprio Júpiter criou as condições para seu nascimento atrasado.”
Os condritos são especialmente importantes porque preservam alguns dos materiais mais intocados disponíveis para estudo científico. Meteoritos da primeira geração de objetos de formação planetária derreteram e se transformaram, perdendo grande parte de sua estrutura original. Em contraste, os condritos retêm poeira primitiva do sistema solar, bem como pequenas gotículas fundidas chamadas condritos. Sua formação inesperadamente tardia desafiou pesquisadores por décadas.
“Nosso modelo une duas coisas que não pareciam se encaixar antes — as impressões digitais isotópicas em meteoritos, que vêm em dois sabores, e a dinâmica da formação de planetas,” explicou Srivastava. “Júpiter cresceu cedo, abriu uma lacuna no disco de gás, e esse processo protegeu a separação entre o material do sistema solar interno e externo, preservando suas distintas assinaturas isotópicas. Também criou novas regiões onde os planetesimais puderam se formar muito mais tarde.”
Como Júpiter Ajudou a Formar o Sistema Solar Interno
A pesquisa também lança luz sobre outro enigma: por que a Terra, Vênus e Marte orbitam perto de 1 unidade astronômica do Sol em vez de espiralar para dentro, um resultado comum em muitos sistemas planetários observados ao redor de outras estrelas. Ao bloquear o fluxo para dentro do gás, Júpiter impediu que planetas jovens migrassem em direção ao Sol. Como resultado, esses mundos permaneceram na zona terrestre, onde a Terra e seus planetas vizinhos eventualmente se formaram.
“Júpiter não se tornou apenas o maior planeta — ele definiu a arquitetura de todo o sistema solar interno,” disse Izidoro. “Sem ele, talvez não tivéssemos a Terra como a conhecemos.”
As conclusões da equipe estão alinhadas com padrões de anéis e lacunas agora vistos nos discos de sistemas estelares jovens observados através do telescópio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile. Essas estruturas mostram como planetas gigantes em formação podem remodelar seus arredores.
“Observando esses discos jovens, vemos o início da formação de planetas gigantes e a remodelação de seu ambiente de nascimento,” disse Izidoro. “Nosso próprio sistema solar não foi diferente. O crescimento inicial de Júpiter deixou uma assinatura que ainda podemos ler hoje, trancada dentro de meteoritos que caem na Terra.”
Essa pesquisa foi apoiada em parte pela National Science Foundation (NSF), pela infraestrutura de pesquisa em nuvem privada de Big Data financiada pela NSF e pelo Centro de Pesquisa Computacional da Rice.