Planetas bebês fofos revelam um estágio faltante na formação planetária

Ao estudar o sistema V1298 Tau, os investigadores capturaram uma imagem invulgarmente precoce do desenvolvimento planetário. As suas medições revelam planetas apanhados no ato de se transformarem em super-Terras e sub-Neptunos vistos por toda a galáxia.

“O que é tão entusiasmante é que estamos a ver uma antevisão do que se tornará um sistema planetário muito normal,” afirma John Livingston, principal autor do estudo, do Centro de Astrobiologia de Tóquio, no Japão. “Os quatro planetas que estudamos provavelmente irão contrair-se em ‘super-Terras’ e ‘sub-Neptunos’ – os tipos mais comuns de planetas na nossa galáxia, mas nunca tivemos uma imagem tão clara deles nos seus anos de formação.”

Um jovem sistema estelar congelado no tempo

V1298 Tau é notavelmente jovem para os 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 circundam esta estrela energética, cada um variando em tamanho de Netuno a Júpiter. Estes mundos parecem estar numa fase caótica e de curta duração de mudanças rápidas, oferecendo um vislumbre de como eram outrora muitos sistemas planetários maduros.

Os astrónomos acreditam que este sistema representa uma versão inicial dos sistemas multiplanetários compactamente encontrados em toda a galáxia. Tal como a Pedra de Roseta ajudou os cientistas a interpretar hieróglifos antigos, V1298 Tau fornece uma referência fundamental para a compreensão de como os planetas mais comuns da galáxia tomam forma.

Medindo a massa planetária sem sinais Doppler

Durante um período de dez anos, a equipe contou com uma combinação de telescópios espaciais e terrestres para monitorar o sistema. Eles rastrearam os momentos precisos em que cada planeta passou na frente de sua estrela, eventos chamados trânsitos. Estas observações revelaram que as órbitas dos planetas não eram perfeitamente estáveis. Em vez disso, os planetas puxaram-se sutilmente uns contra os outros, causando pequenas, mas mensuráveis, mudanças no tempo de trânsito.

Estas variações, conhecidas como Variações de Tempo de Trânsito (TTVs), permitiram aos cientistas calcular diretamente as massas dos planetas pela primeira vez.

“Para os astrónomos, o nosso método ‘Doppler’ para pesar planetas envolve fazer medições cuidadosas da velocidade da estrela à medida que esta é puxada pelo seu séquito de planetas.” disse Erik Petigura, co-autor da UCLA. “Mas as estrelas jovens são tão extremamente irregulares, ativas e temperamentais que o método Doppler é um fracasso.” Ao usar TTVs, usamos essencialmente a própria gravidade dos planetas uns contra os outros. Cronometrar com precisão como eles puxam seus vizinhos nos permitiu calcular suas massas e evitar os problemas com esta jovem estrela.”

Planetas tão leves quanto algodão doce cósmico

As medições de massa revelaram um resultado surpreendente. Embora os planetas sejam cinco a dez vezes maiores que a Terra, as suas massas são apenas cinco a quinze vezes maiores. Esta combinação torna-os extraordinariamente baixos em densidade – mais parecidos com algodão doce do tamanho de um planeta do que com mundos sólidos e rochosos.

“Os raios invulgarmente grandes dos planetas jovens levaram à hipótese de que têm densidades muito baixas, mas isso nunca tinha sido medido,” disse Trevor David, co-autor do Flatiron Institute que liderou a descoberta original do sistema em 2019. “Ao pesar estes planetas pela primeira vez, fornecemos a primeira prova observacional. Eles são de facto excepcionalmente ‘inchados’, o que nos dá uma referência crucial e há muito esperada para as teorias da evolução planetária.”

Perdendo atmosferas e diminuindo com o tempo

Este inchaço extremo ajuda a resolver uma questão de longa data na formação de planetas. Se os planetas simplesmente se formassem e esfriassem lentamente, seriam muito mais compactos. Em vez disso, a análise mostra que estes jovens mundos devem ter mudado dramaticamente no início, perdendo rapidamente grandes porções das suas espessas atmosferas à medida que o disco de gás circundante em torno da sua estrela desaparecia.

“Estes planetas já sofreram uma transformação dramática, perdendo rapidamente grande parte das suas atmosferas originais e arrefecendo mais rapidamente do que esperaríamos dos modelos padrão,” explica James Owen, co-autor do Imperial College London que liderou a modelação teórica. “Mas ainda estão a evoluir. Ao longo dos próximos milhares de milhões de anos, continuarão a perder a sua atmosfera e a encolher significativamente, transformando-se nos mundos compactos que vemos por toda a galáxia.”

Petigura comparou a importância do sistema a uma famosa descoberta de fóssil. “Lembro-me do famoso fóssil ‘Lucy’, um dos nossos ancestrais hominídeos que viveu há 3 milhões de anos e foi um dos principais ‘elos perdidos’ entre os macacos e os humanos”, disse ele. “V1298Tau é um elo crítico entre as nebulosas formadoras de estrelas/planetas que vemos por todo o céu e os sistemas planetários maduros que agora descobrimos aos milhares.”

Por que nosso sistema solar é diferente

Hoje, o V1298 Tau se destaca como um laboratório natural para estudar como surgiram os planetas mais comuns da Via Láctea. As observações deste sistema fornecem uma visão rara sobre as primeiras vidas caóticas e transformadoras dos planetas e podem ajudar a explicar porque é que o nosso próprio sistema solar não possui as super-Terras e os sub-Neptunos que dominam noutros locais.

“Esta descoberta muda fundamentalmente a forma como pensamos sobre os sistemas planetários”, acrescenta Livingston. “V1298 Tau mostra-nos que as super-Terras e sub-Netunos de hoje começam como mundos gigantescos e inchados que se contraem ao longo do tempo. Estamos essencialmente observando a construção da arquitetura planetária mais bem-sucedida do universo.”