Exoplanetas podem engolir a própria atmosfera, sugere estudo

Representação artística de um exoplaneta menor que Netuno. Um novo estudo sugere uma razão pela qual esses planetas raramente ficam maiores que isso: os oceanos de magma do planeta começam a “comer” o céu. Crédito: Credit: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)/L. Kreidberg & J. Bean (U. Chicago)/H. Knutson (Caltech)

Por muitos anos, pelo que a humanidade sabia, nosso Sistema Solar estava sozinho no Universo. Até que melhores telescópios começaram a revelar um tesouro de planetas orbitando estrelas distantes.

Em 2014, o Telescópio Kepler da Nasa revelou aos cientistas um conjunto de mais de 700 planetas distantes novinhos em folha para serem estudados — muitos deles diferente de tudo o que havíamos visto até então. Em vez de gigantes gasosos como Júpiter, que as pesquisas anteriores haviam captado primeiro porque são mais fáceis de ver, esses planetas eram menores e, em sua maioria, rochosos.

Os cientistas notaram que havia muitos desses planetas do tamanho da Terra, ou um pouco maiores, mas havia uma redução acentuada nos números logo antes dos planetas atingirem o tamanho de Netuno. “É um penhasco nos dados, e é bastante dramático”, diz Edwin Kite, cientista planetário da Universidade de Chicago. “O que temos discutido é por que os planetas tendem a parar de crescer além do triplo do tamanho da Terra.”

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Em um artigo publicado em 17 de dezembro na revista Astrophysical Journal Letters, Kite e colegas da Universidade de Washington, da Universidade de Stanford e da Universidade Estadual da Pensilvânia oferecem uma explicação inovadora para esse fenômeno: os oceanos de magma na superfície desses planetas absorvem rapidamente suas atmosferas assim que os planetas atingem cerca de três vezes o tamanho da Terra.

Kite, que estuda a história de Marte e o clima de outros mundos, estava em uma boa posição para estudar a questão. Ele achou que a resposta poderia depender de um aspecto pouco estudado nesses exoplanetas. Pensa-se que a maioria dos planetas um pouco menores que o tamanho desse limite tem oceanos de magma em suas superfícies — grandes mares de rocha derretida como os que já cobriram a Terra no passado. Mas, em vez de solidificar como o nosso, eles são mantidos quentes por uma manta espessa de atmosfera rica em hidrogênio.

“Até agora, quase todos os modelos ignoraram esse magma, tratando-o como inerte quimicamente, mas as rochas líquidas são quase tão contínuas quanto a água e muito reativas”, diz Kite, que também é professor assistente do Departamento de Ciências Geofísicas.

A pergunta que Kite e seus colegas consideraram foi se, à medida que os planetas adquiriam mais hidrogênio, o oceano poderia começar a “comer” o céu. Nesse cenário, à medida que o planeta adquire mais gás, ele se acumula na atmosfera e a pressão no fundo onde a atmosfera se encontra com o magma começa a aumentar. A princípio, o magma absorve o gás a uma taxa constante, mas à medida que a pressão aumenta, o hidrogênio começa a se dissolver muito mais rapidamente no magma.

“Não apenas isso, mas o pouco do gás adicionado que permanece na atmosfera aumenta a pressão atmosférica e, assim, uma fração ainda maior do gás que chega mais tarde se dissolve no magma”, diz Kite.

Assim, o crescimento do planeta pára antes que ele atinja o tamanho de Netuno. (Como a maioria do volume desses planetas está na atmosfera, diminuir a atmosfera diminui os planetas.)

Os autores chamam isso de “crise de fugacidade”, baseado no termo que mede o quão mais mais facilmente um gás se dissolve em uma mistura do que o que seria esperado com base na pressão.

A teoria se encaixa bem com as observações existentes, diz Kite. Existem também vários marcadores que os astrônomos podem procurar no futuro. Por exemplo, se a teoria estiver correta, planetas com oceanos de magma que são frios o suficiente para se cristalizarem na superfície devem exibir perfis diferentes, pois isso impediria o oceano de absorver tanto hidrogênio. Pesquisas atuais e futuras do telescópio TESS e de outros telescópios devem fornecer aos astrônomos mais dados com os quais trabalhar.

“Não existe nada parecido com esses mundos em nosso Sistema Solar”, disse Kite. “Embora nosso trabalho sugira uma possível solução para um dos mistérios apresentados pelos exoplanetas ‘sub-Netuno’, eles ainda têm muito a nos ensinar!”

Universidade de Chicago