Um estudo inovador realizado pelos pesquisadores da Universidade Rice, Sho Shibata e Andre Izidoro, apresenta um novo modelo convincente para a formação de super-Terras e mini-Netunos — planetas que variam de uma a quatro vezes o tamanho da Terra e são entre os mais prevalentes em nossa galáxia. Utilizando simulações avançadas, os pesquisadores sugerem que esses planetas se originam de anéis distintos de planetesimais, oferecendo novas perspectivas sobre a evolução planetária além do nosso sistema solar.
Durante décadas, os cientistas debateram a formação das super-Terras e mini-Netunos. Enquanto os modelos tradicionais propõem que os planetesimais — os blocos fundamentais da formação dos planetas — se formam em vastas regiões do disco de uma estrela jovem, Shibata e Izidoro oferecem uma perspectiva diferente. A pesquisa deles sugere que esses materiais se aglutinam em anéis estreitos e bem definidos em locais específicos do disco, indicando um processo de formação planetária mais estruturado e organizado do que se pensava anteriormente.
“Este artigo é particularmente significativo, pois modela a formação de super-Terras e mini-Netunos, que são considerados os tipos de planetas mais comuns na galáxia”, disse Shibata, pesquisador de pós-doutorado em ciências da Terra, ambientais e planetárias. “Uma das nossas principais descobertas é que os caminhos de formação do sistema solar e dos sistemas exoplanetários podem compartilhar semelhanças fundamentais.”
Utilizando simulações avançadas de N-corpos — modelos computacionais que examinam as interações gravitacionais entre corpos celestes — Shibata e Izidoro investigaram a formação de planetas em duas regiões distintas: uma dentro de 1,5 unidades astronômicas (UA) da estrela hospedeira e outra além de 5 UA, perto da linha de neve da água. Ao rastrear as colisões, o crescimento e a migração dos planetesimais ao longo de milhões de anos, suas simulações revelaram uma distinção importante: super-Terras surgem principalmente por meio da acreção de planetesimais no disco interno, enquanto mini-Netunos se formam além da linha de neve, predominantemente através da acreção de seixos.
“Nossos resultados sugerem que super-Terras e mini-Netunos não se formam a partir de uma distribuição contínua de material sólido, mas sim de anéis que concentram a maior parte da massa em sólidos”, disse Izidoro, professor assistente de ciências da Terra, ambientais e planetárias. “Pesquisas relacionadas na Rice exploraram aspectos dessa ideia, mas este novo artigo reúne esses conceitos em uma única e coerente visão.”
O modelo dos pesquisadores consegue reproduzir com sucesso características-chave dos sistemas exoplanetários, incluindo o “vale do raio” — uma escassez distinta de planetas com cerca de 1,8 vezes o tamanho da Terra. Em vez disso, os exoplanetas tendem a se agrupar em dois grupos de tamanhos: aproximadamente 1,4 e 2,4 vezes o raio da Terra. Seus resultados explicam essa lacuna sugerindo que planetas menores que 1,8 raios terrestres são predominantemente super-Terras rochosas, enquanto os maiores são mini-Netunos ricos em água, correspondendo de perto às observações do mundo real.
O estudo também lança luz sobre a notável uniformidade de tamanho observada em sistemas multiplanetários. Muitos sistemas exoplanetários seguem um padrão de “ervilhas na vagem”, onde os planetas dentro do mesmo sistema são surpreendentemente semelhantes em tamanho. O modelo de anéis explica naturalmente essa uniformidade ao regular a formação e o crescimento planetário dentro de anéis específicos.
Além disso, as simulações de Shibata e Izidoro alinham-se com as distribuições observadas das órbitas planetárias, reforçando a ideia de que os planetas se originam de regiões bem definidas, em vez de se formarem de maneira aleatória ao longo do disco.
Além de explicar as observações existentes, o modelo oferece uma estrutura preditiva para a formação planetária e até sugere a possibilidade de outros planetas semelhantes à Terra. Embora raros, Izidoro observa que planetas rochosos na zona habitável ainda poderiam se formar por meio de impactos gigantes em estágios finais — um processo semelhante ao que levou à formação da Terra e à criação da sua lua.
“Podemos expandir ainda mais nosso modelo e usá-lo para fazer previsões sobre os tipos de planetas esperados em distâncias equivalentes à Terra-Sol — regiões atualmente além do alcance das observações”, disse Izidoro.
“Com base em nossas previsões, até cerca de 1% dos sistemas de super-Terras e mini-Netunos poderiam hospedar planetas semelhantes à Terra dentro da zona habitável de suas estrelas. Embora essa fração seja relativamente baixa, dado o quão comuns são as super-Terras e mini-Netunos, isso implica uma taxa de ocorrência de aproximadamente um planeta semelhante à Terra a cada 300 estrelas semelhantes ao Sol.”
Olhando para o futuro, essas descobertas podem ter um impacto significativo na pesquisa de exoplanetas, fornecendo um quadro refinado para entender a formação planetária.
“Essas previsões serão testadas com futuros telescópios, fornecendo informações cruciais sobre a formação planetária e a habitabilidade”, disse Shibata. “Se as observações futuras confirmarem nossas previsões, isso poderia mudar completamente nossa compreensão sobre como os planetas se formam — não apenas em nossa galáxia, mas em todo o universo.”
As descobertas foram recentemente publicadas no The Astrophysical Journal Letters.
