Os astrônomos ficaram surpresos ao descobrir, nos últimos anos, que a maioria das estrelas semelhantes ao Sol abriga pelo menos um planeta que se situa entre o tamanho da Terra e Netuno e que orbita mais perto do que Mercúrio em nosso próprio sistema solar — tamanhos e órbitas ausentes em nosso sistema solar. Esses mundos, conhecidos como super-Terras e sub-Netunos, resultam ser o tipo de planeta mais abundante na Via Láctea. No entanto, apesar de sua prevalência, como eles se formam continua incerto. Uma equipe de pesquisa internacional agora identificou uma peça fundamental desse quebra-cabeça ao medir diretamente quatro planetas extremamente jovens em seu processo de evolução em direção a essas formas planetárias comuns.
Ao estudar o sistema V1298 Tau, os pesquisadores capturaram uma imagem inusitadamente precoce do desenvolvimento planetário. Suas medições revelam planetas em processo de transformação nos super-Terras e sub-Netunos vistos por toda a galáxia.
“O que é tão empolgante é que estamos vendo uma prévia do que se tornará um sistema planetário muito normal,” diz John Livingston, autor principal do estudo do Centro de Astrobiologia em Tóquio, Japão. “Os quatro planetas que estudamos provavelmente se contrairão em ‘super-Terras’ e ‘sub-Netunos’ — os tipos de planetas mais comuns em nossa galáxia, mas nunca tivemos uma imagem tão clara deles em seus anos formativos.”
Um Sistema Estelar Jovem Congelado no Tempo
V1298 Tau é notavelmente jovem em padrões astronômicos, com apenas cerca de 20 milhões de anos — um piscar de olhos em comparação com os 4,5 bilhões de anos de história do Sol. Quatro grandes planetas orbitam essa estrela enérgica, cada um variando em tamanho de Netuno a Júpiter. Esses mundos parecem estar em uma fase caótica e de rápida mudança, oferecendo uma visão do que muitos sistemas planetários maduros costumavam parecer.
Os astrônomos acreditam que este sistema representa uma versão inicial dos sistemas multi-planetas compactos comumente encontrados na galáxia. Assim como a Pedra de Roseta ajudou os cientistas a interpretar hieróglifos antigos, V1298 Tau fornece uma referência chave para entender como os planetas mais comuns da galáxia se formam.
Medição da Massa Planetária Sem Sinais Doppler
Ao longo de um período de dez anos, a equipe utilizou uma combinação de telescópios baseados no espaço e na Terra para monitorar o sistema. Eles acompanharam os momentos precisos em que cada planeta cruzou na frente de sua estrela, eventos chamados de trânsitos. Essas observações revelaram que as órbitas dos planetas não eram perfeitamente estáveis. Em vez disso, os planetas puxavam sutilmente uns aos outros, causando pequenas, mas mensuráveis, mudanças no tempo de trânsito.
Essas variações, conhecidas como Variações de Tempo de Trânsito (TTVs), permitiram que os cientistas calculassem as massas dos planetas diretamente pela primeira vez.
“Para os astrônomos, nosso método ‘Doppler’ habitual para pesar planetas envolve fazer medições cuidadosas da velocidade da estrela enquanto ela é puxada por seu conjunto de planetas,” disse Erik Petigura, coautor da UCLA. “Mas estrelas jovens são extremamente manchadas, ativas e temperamentais, de modo que o método Doppler não funciona.” Usando TTVs, essencialmente usamos a gravidade dos planetas uns contra os outros. O tempo preciso em que eles puxam seus vizinhos nos permitiu calcular suas massas e evitar os problemas com esta estrela jovem.”
Planetas Leves como Algodão Doce Cósmico
As medições de massa revelaram um resultado surpreendente. Embora os planetas sejam de cinco a dez vezes maiores que a Terra, suas massas são apenas de cinco a quinze vezes maiores. Essa combinação os torna extraordinariamente baixos em densidade — mais parecidos com algodão doce planetário do que com mundos sólidos e rochosos.
“Os raios excepcionalmente grandes dos planetas jovens levaram à hipótese de que eles têm densidades muito baixas, mas isso jamais havia sido medido,” disse Trevor David, coautor do Flatiron Institute que liderou a descoberta original do sistema em 2019. “Ao pesar esses planetas pela primeira vez, fornecemos a primeira prova observacional. Eles são de fato excepcionalmente ‘fofos’, o que nos dá um marco crucial e há muito aguardado para teorias da evolução planetária.”
Perda de Atmosferas e Encolhimento ao Longo do Tempo
Essa extrema ‘fofura’ ajuda a resolver uma questão de longa data na formação planetária. Se os planetas simplesmente se formassem e esfriassem lentamente, seriam muito mais compactos. Em vez disso, a análise mostra que esses mundos jovens devem ter mudado dramaticamente no início, perdendo rapidamente grandes porções de suas densas atmosferas à medida que o disco de gás ao redor de sua estrela desaparecia.
“Esses planetas já passaram por uma transformação dramática, perdendo rapidamente grande parte de suas atmosferas originais e esfriando mais rapidamente do que o esperado pelos modelos padrão,” explica James Owen, coautor do Imperial College London que liderou a modelagem teórica. “Mas eles ainda estão evoluindo. Ao longo dos próximos bilhões de anos, continuarão a perder suas atmosferas e encolher significativamente, transformando-se nos mundos compactos que vemos por toda a galáxia.”
Petigura comparou a importância do sistema a uma famosa descoberta fossil. “Lembro-me do famoso fóssil ‘Lucy’, um dos nossos ancestrais hominídeos que viveu há 3 milhões de anos e foi uma das principais ‘pontes faltantes’ entre macacos e humanos,” disse ele. “V1298 Tau é um elo crítico entre as nebulosas formadoras de estrelas/planetas que vemos por todo o céu e os sistemas planetários maduros que já descobrimos por milhares.”
Por que Nosso Sistema Solar é Diferente
Hoje, V1298 Tau se destaca como um laboratório natural para estudar como os planetas mais comuns da Via Láctea vêm à existência. Observações deste sistema fornecem um raro insight sobre as vidas iniciais caóticas e transformadoras dos planetas e podem ajudar a explicar por que nosso próprio sistema solar não possui os super-Terras e sub-Netunos que dominam em outros lugares.
“Esta descoberta muda fundamentalmente nossa maneira de pensar sobre os sistemas planetários,” acrescenta Livingston. “V1298 Tau nos mostra que as super-Terras e sub-Netunos de hoje começam como mundos gigantes e fofos que se contraem com o tempo. Estamos essencialmente assistindo à arquitetura planetária mais bem-sucedida do universo em formação.”