Nos últimos anos, os astrónomos ficaram surpreendidos ao saber que a maioria das estrelas semelhantes ao Sol contêm pelo menos um planeta que está entre a Terra e Neptuno em tamanho e orbita mais próximo do que Mercúrio no nosso próprio Sistema Solar – tamanhos e órbitas não encontrados no nosso próprio Sistema Solar. Esses mundos, conhecidos como super-Terras e sub-Netunos, são o tipo de planeta mais comum na Via Láctea. Mas com toda a sua prevalência, como são formados permanece obscuro. Uma equipa de investigação internacional descobriu uma peça deste puzzle que há muito faltava ao medir directamente quatro planetas muito jovens à medida que evoluem para estas formas planetárias comuns.
Ao estudar o sistema V1298 Tau, os investigadores obtiveram uma imagem invulgarmente precoce do desenvolvimento do planeta. As suas medições revelam planetas que estão em processo de se tornarem super-Terras e sub-Neptunos que podem ser vistos por toda a galáxia.
“O que é tão emocionante é que estamos a ver uma antevisão do que será um sistema planetário muito normal”, diz John Livingston, principal autor do estudo no Centro de Astrobiologia em Tóquio, Japão. “Os quatro planetas que estudamos provavelmente se comprimem 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, tendo 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 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, proporcionando um vislumbre de como eram outrora muitos sistemas planetários maduros.
Os astrônomos acreditam que este sistema é uma versão inicial dos sistemas multiplanetários compactados comumente encontrados em toda a galáxia. Assim como a Pedra de Roseta ajudou os cientistas a interpretar hieróglifos antigos, V1298 Tau fornece um guia fundamental para a compreensão de como os planetas mais comuns da galáxia tomam forma.
Medição da massa planetária sem sinal Doppler
Durante uma década, a equipe contou com uma combinação de telescópios espaciais e terrestres para monitorar o sistema. Eles rastrearam os tempos exatos em que cada planeta passou na frente de sua estrela, eventos chamados trânsitos. Estas observações mostraram que as órbitas dos planetas não eram absolutamente estáveis. Em vez disso, os planetas puxaram-se ligeiramente um em direção ao outro, causando pequenas, mas mensuráveis, mudanças nos seus tempos de trânsito.
Estas mudanças, conhecidas como variações do 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 de uma estrela à medida que esta se move através do seu conjunto de planetas.” disse Eric Petigura, co-autor da UCLA. “Mas as estrelas jovens são tão irregulares, ativas e temperamentais que o método Doppler é um fracasso.” Ao usar o TTV, estávamos essencialmente usando a gravidade dos planetas uns contra os outros. O momento preciso em que arrastam os seus vizinhos permitiu-nos calcular as suas massas e contornar os problemas com esta jovem estrela.”
Os planetas são tão leves quanto algodão doce cósmico
Medições de massa mostraram um resultado impressionante. Embora os planetas sejam cinco a dez vezes maiores que a Terra, as suas massas são apenas cinco a quinze vezes maiores. Essa combinação os torna de densidade extremamente baixa – 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 foi medido,” disse o co-autor Trevor David, do Flatiron Institute, que liderou a descoberta inicial do sistema em 2019. “Ao pesar estes planetas pela primeira vez, fornecemos a primeira evidência observacional. Eles são de facto extremamente ‘gordinhos’, dando-nos uma referência crucial e há muito esperada para as teorias da evolução planetária.”
Perda de atmosferas e declínio ao longo do tempo
Este inchaço extremo ajuda a resolver a antiga questão da formação planetária. 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 grande parte da sua espessa atmosfera à medida que o disco gasoso circundante em torno da sua estrela desaparecia.
“Estes planetas já sofreram uma transformação dramática, perdendo rapidamente grande parte da sua atmosfera original e arrefecendo mais rapidamente do que esperamos dos modelos padrão,” explica o co-autor James Owen do Imperial College London, que liderou as simulações teóricas. “Mas ainda estão a evoluir. Ao longo dos próximos milhares de milhões de anos, continuarão a perder as suas atmosferas e a encolher significativamente, tornando-se os mundos compactos que vemos por toda a galáxia.”
Petigura comparou a importância do sistema à famosa descoberta de fósseis. “Lembro-me do famoso fóssil de ‘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 uma ligação crítica entre as nebulosas de formação 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 se formam os planetas mais comuns da Via Láctea. As observações deste sistema fornecem uma visão rara sobre a caótica e transformadora vida inicial dos planetas e podem ajudar a explicar porque é que o nosso Sistema Solar não possui as super-Terras e os sub-Neptunos que dominam noutros locais.
“Esta descoberta muda fundamentalmente a nossa compreensão dos sistemas planetários”, acrescenta Livingstone. “V1298 Tau mostra-nos que as super-Terras e sub-Netunos modernos começam como mundos gigantescos e inchados que encolhem com o tempo. Em essência, estamos assistindo à criação da arquitetura planetária de maior sucesso no universo.”
