Desvendando o mistério: por que sub-netunos variam em densidade?

São PauloA maioria das estrelas na nossa galáxia possuem planetas em sua órbita. Os planetas mais comuns são os sub-Netunos, maiores que a Terra, mas menores que Netuno. Cientistas têm dificuldade em medir sua densidade com precisão, pois dois métodos diferentes apresentam resultados distintos.

Existem dois tipos de sub-Netunos com base em sua densidade. Para determinar suas massas, os cientistas utilizam diferentes métodos.

O método da Variação no Tempo de Trânsito (TTV) e o método da Velocidade Radial são técnicas empregadas para detectar e estudar exoplanetas.

Planetas medidos usando o método de Variação no Tempo de Trânsito (TTV) costumam ser menos densos, enquanto aqueles medidos com o método de velocidade radial parecem ser mais densos. Essa discrepância levou os cientistas a questionar se isso é causado pelas formas de observação dos planetas ou por suas propriedades físicas reais.

Cientistas do NCCR PlanetS, da Universidade de Genebra e da Universidade de Berna recentemente enfrentaram esse problema. Suas pesquisas indicam que a diferença de densidade não se deve a um erro de medição, mas sim a razões físicas.

Jean-Baptiste Delisle, da UNIGE, esclareceu o método TTV. Esse método observa as mudanças de tempo quando planetas passam em frente à sua estrela, causadas pela interação gravitacional entre eles. Já o método de velocidade radial mede as variações na velocidade da estrela provocadas pela presença de um planeta.

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Adrien Leleu, da UNIGE, afirmou que a maioria dos sistemas analisados pelo método TTV apresenta ressonância. Isso quer dizer que o tempo que um planeta leva para completar uma órbita ao redor de sua estrela é uma fração simples do tempo que outro planeta demora. Por exemplo, um planeta pode completar duas órbitas enquanto outro completa uma. Quando vários planetas mostram esse padrão, dizemos que eles formam uma cadeia ressonante.

A equipe investigou uma possível relação entre densidade e ressonância. Para isso, selecionaram cuidadosamente sistemas planetários de forma justa, garantindo que pequenos planetas não fossem excluídos apenas por serem mais difíceis de se detectar em dados de velocidade radial.

Os pesquisadores descobriram que sistemas ressonantes sempre possuem sub-Netunos de menor densidade, independentemente de como se mede a massa. Isso sugere uma conexão direta entre ressonância e densidade.

Cientistas propõem várias explicações para essa conexão. Uma das principais teorias envolve a formação dos sistemas planetários. Eles acreditam que a maioria desses sistemas começa com planetas em estado ressonante inicialmente. No entanto, 95% dos sistemas tornam-se instáveis e perdem essa ressonância, resultando em eventos como colisões. Esses impactos fazem com que os planetas se fundam, se tornem mais densos e assumam órbitas estáveis, mas não ressonantes.

Yann Alibert da UNIBE relatou que modelos computacionais sobre a formação de planetas também corroboram essa teoria. Segundo os modelos da sua equipe, planetas em determinadas órbitas apresentam menor densidade. O estudo também indica que a maioria dos sistemas planetários passou por enormes colisões, semelhantes ou até mais intensas do que a que originou a Lua.

A diferença na densidade entre os planetas sub-Netuno se deve ao seu estado de ressonância. Muitos desses planetas saem da ressonância e se tornam mais densos devido a colisões. Este estudo nos ajuda a entender como os sistemas planetários evoluem ao longo do tempo e apoia as teorias atuais de formação.