Um novo estudo concluiu que os planetas gigantes podem formar-se com maior facilidade à volta de duas estrelas jovens do que em torno de uma só.
Os investigadores mostram que, para lá da região interior mais violenta, as estrelas em par favorecem o colapso de gás recente em mais “sementes” de planetas gigantes, precisamente em zonas onde a formação lenta de planetas tenderia, em condições normais, a ter mais dificuldades.
Evidência para lá da turbulência
Em discos de gás gerados por computador, as regiões externas de discos que orbitavam pares de estrelas passaram a produzir aglomerados de corpos jovens com dimensões comparáveis às de planetas.
Na Universidade de Lancashire, o astrofísico Dr. Matthew Teasdale associou esses corpos a fragmentos do disco que colapsavam sob a acção da gravidade.
Ao comparar simulações com uma única estrela e com duas estrelas, a equipa observou que pares estelares mais afastados agitavam os discos mais cedo, e que discos mais frios - mais realistas - originavam um número superior de corpos jovens capazes de dar início à formação de planetas.
Este padrão inverte uma preocupação antiga entre caçadores de exoplanetas, mas apenas fora da zona em que a atracção de duas estrelas é demasiado intensa.
Porque as estrelas binárias importam
Um levantamento de longa duração a sistemas próximos indica que cerca de metade das estrelas semelhantes ao Sol têm uma companheira estelar.
A estes sistemas, os astrónomos chamam estrelas binárias: duas estrelas presas numa órbita em torno de um centro comum.
A gravidade de um par estelar não se limita a baralhar o gás; também pode acelerar o colapso de regiões mais densas.
Assim, na formação planetária, o mesmo “puxão” que destrói a ordem perto do centro pode, mais longe no disco, ajudar a organizar o material.
Planetas com dois sóis
Os mundos que orbitam ambas as estrelas chamam-se planetas circumbinários - ou seja, planetas que giram em torno de um par estelar.
Quando os astrónomos confirmaram o Kepler-16b em 2011, um mundo do tamanho de Saturno a orbitar duas estrelas, a ideia deixou de ser apenas teórica.
O NASA Exoplanet Archive, que compila mundos confirmados a partir de missões da NASA e de equipas de investigação, acompanha hoje milhares de planetas em torno de outras estrelas.
Nesse contexto, encontrar mais de 50 planetas em sistemas de duas estrelas já não parece um acaso cósmico, sobretudo em órbitas largas.
O centro proibido
As órbitas muito próximas de um sistema binário enfrentam um limite de estabilidade bem conhecido.
À medida que as duas estrelas orbitam, a direcção da sua gravidade muda, arrastando poeiras e gás nas proximidades para trajectórias cruzadas que impedem um crescimento estável.
“Perto de uma estrela binária é simplesmente demasiado violento para os planetas se formarem”, disse Teasdale.
Para lá de cerca de 50 unidades astronómicas - aproximadamente 7,4 mil milhões de quilómetros das estrelas -, os discos modelados tornavam-se suficientemente calmos para que a gravidade os fragmentasse.
Como crescem os planetas gigantes
A maiores distâncias do par estelar, a instabilidade gravitacional - quando o gás se torna suficientemente massivo para colapsar sob a sua própria atracção - passou a dominar o processo.
As regiões mais densas destacaram-se do disco, dando origem a protoplanetas, corpos jovens que continuam a alimentar-se do gás vizinho.
Como o disco externo se mantinha mais frio, muitas das massas iniciais situavam-se perto de uma a quatro vezes a massa de Júpiter.
Ainda assim, a acreção contínua pode empurrar alguns destes corpos na direcção das anãs castanhas, objectos “falhados” de estrela - demasiado pesados para serem planetas, mas demasiado pequenos para sustentarem fusão como as estrelas.
Os números contam uma história
Somando todas as simulações, a equipa gerou 341 protoplanetas em discos à volta de estrelas isoladas e de pares estelares.
Nos discos realistas com duas estrelas, formaram-se em média cerca de nove protoplanetas por disco, contra 7.5 nos discos com uma única estrela.
Quando se considera a massa final, aproximadamente 71% dos objectos realistas em sistemas de duas estrelas permaneceu dentro do intervalo planetário.
Estes valores são relevantes porque um maior número de corpos iniciais deixa menos gás disponível para cada um, aumentando a probabilidade de terminarem com massa de planeta antes de crescerem em demasia.
Alguns mundos escapam
Sistemas jovens e sobrelotados também expulsaram alguns corpos, criando planetas errantes - mundos que já não orbitam quaisquer estrelas.
Dos 341 protoplanetas, 13 abandonaram os sistemas modelados, o que corresponde a uma taxa global de ejecção perto de 4%.
Pares estelares mais apertados e mais alongados provocaram mais encontros próximos, o que deu a corpos pequenos velocidade suficiente para escaparem.
Esses objectos foram expulsos a cerca de 1 a 4 milhas por segundo (aproximadamente 1,6 a 6,4 km/s), velocidade suficiente para vaguearem entre estrelas durante milhões de anos.
Limites das simulações de planetas
A maioria dos sobreviventes nas simulações acabou por ficar perto de 100 unidades astronómicas, ou cerca de 15,0 mil milhões de quilómetros das suas estrelas.
Os planetas observados em sistemas de duas estrelas agrupam-se tanto muito perto como muito longe das estrelas, em parte porque os métodos de detecção são mais eficazes para determinados tipos de órbita.
O modelo não gerou planetas próximos porque testou pares estelares separados por 465 milhões a 930 milhões de milhas (cerca de 748 milhões a 1 496 milhões de quilómetros).
Esse limite torna o resultado útil, mas sugere que planetas circumbinários próximos provavelmente exigem pares estelares mais juntos ou migração posterior.
Direcções futuras de investigação
Mesmo quando acompanham gás, gravidade, aquecimento e encontros próximos repetidos, os modelos computacionais simplificam sistemas reais.
As simulações terminaram quando 70% do material de cada disco já tinha caído sobre as estrelas ou sobre os corpos jovens.
Depois da formação, movimentos tardios induzidos pelo gás ou pela gravidade podem transportar planetas para dentro, para fora, ou até expulsá-los do sistema após o ponto em que o modelo parou.
Observações futuras de discos jovens em pares de estrelas poderão testar se a breve fase brilhante surge onde as simulações a prevêem durante campanhas de observação.
Em vez de bloquearem o nascimento de planetas, as estrelas emparelhadas podem esculpir um centro violento e, ao mesmo tempo, ajudar o gás exterior a produzir mundos gigantes.
Pesquisas futuras irão avaliar com que frequência este percurso acontece, sobretudo para planetas que orbitam longe de ambas as estrelas.
Crédito da imagem: Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
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