Novo estudo revela os mistérios das variações de densidade dos sub-Netunos

São PauloMuitas estrelas em nossa galáxia possuem planetas ao seu redor. Os planetas mais comuns são chamados de sub-Netunos, que têm um tamanho intermediário entre a Terra e Netuno. Determinar a densidade desses planetas é um desafio. Cientistas utilizam dois métodos para medir sua massa: o método das variações de tempo de trânsito (TTV) e o método da velocidade radial. Eles observaram que esses métodos resultam em diferentes valores de densidade.

Pesquisadores do NCCR PlanetS, da Universidade de Genebra e da Universidade de Berna realizaram um estudo que foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics.

Resumo dos principais achados deles:

Estudos indicam a existência de dois tipos de planetas sub-Netuno: densos e menos densos. Ao medir suas densidades, as Variações no Tempo de Trânsito (TTV) frequentemente apresentam valores mais baixos de densidade do que o método de velocidade radial. Além disso, sistemas medidos por TTV são comumente encontrados em ressonância orbital.

Exoplanetas com tamanho entre a Terra (com cerca de 6.400 km de raio) e Netuno (com cerca de 25.000 km de raio) são chamados de sub-Netunos. Aproximadamente 30% a 50% das estrelas semelhantes ao nosso Sol possuem pelo menos um sub-Netuno. Para determinar sua densidade, os cientistas calculam sua massa e tamanho. Um método, chamado TTV, acompanha variações no tempo em que os planetas passam em frente à sua estrela devido às atrações gravitacionais de outros planetas. Outro método, chamado de velocidade radial, mede mudanças na velocidade da estrela causadas por planetas em órbita.

Um grupo de cientistas do NCCR PlanetS, UNIGE e UNIBE investigou esse fenômeno e descobriu que a diferença é causada por razões físicas, e não por viés. Eles identificaram que sistemas medidos pelo método TTV frequentemente possuem planetas em ressonância, o que significa que a proporção de seus períodos orbitais é uma fração simples. Por exemplo, enquanto um planeta orbita a estrela duas vezes, outro pode orbitar apenas uma vez. Vários planetas ressonantes podem criar um padrão conhecido como ressonância de Laplace.

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Adrien Leleu, coautor do estudo, mencionou que pode existir uma ligação entre a densidade de um planeta e seus padrões orbitais. Para confirmar isso, os cientistas precisavam evitar vieses em seus dados. Planetas maiores e mais leves demoram mais para serem detectados utilizando métodos de velocidade radial. Esse atraso pode fazer com que tais planetas sejam perdidos e, portanto, não analisados, já que suas massas são desconhecidas. Isso pode distorcer a pesquisa, mostrando uma preferência pela detecção de planetas de maior massa e mais densos com as técnicas de velocidade radial.

Após a limpeza dos dados, os cientistas realizaram testes estatísticos. Eles descobriram que sub-Netunos em sistemas com ressonâncias orbitais são menos densos do que aqueles em sistemas sem ressonâncias orbitais, independentemente de como sua massa é medida.

O estudo aponta várias razões para essa conexão. Uma ideia central é sobre a formação dos sistemas planetários. Inicialmente, todos os sistemas podem se formar com as órbitas dos planetas interligadas. Contudo, apenas 5% desses sistemas permanecem estáveis ao longo do tempo. Os demais tornam-se instáveis, resultando em colisões entre os planetas. Essas colisões fazem com que os planetas se fundam e se tornem mais densos. Após a fusão, os planetas se estabelecem em novas órbitas não interligadas.

Yann Alibert, da UNIBE, afirmou que modelos computacionais sobre a formação e evolução dos planetas indicam que planetas em ressonância tendem a ser menos densos. O estudo também revela que a maioria dos sistemas planetários passou por grandes colisões, semelhantes à que formou a nossa Lua, mas frequentemente ainda mais intensas.

A pesquisa revela por que os sub-Netunos possuem densidades distintas. Essas novas descobertas aprimoram nossa compreensão sobre a formação e a evolução dos sistemas planetários ao longo do tempo.