Harmonias planetárias salvaram TRAPPIST-1 da destruição

O sistema TRAPPIST-1, descoberto em fevereiro deste ano, causou um furor na comunidade científica por uma boa razão: três de seus sete planetas do tamanho da Terra estão na zona habitável de sua estrela, o que significa que podem abrigar condições adequadas para a vida.

Mas um dos enigmas principais da pesquisa original que descreveu o sistema era que ele parece instável.  Se você simula o sistema, os planetas começam a colidir uns com os outros em menos de um milhão de anos”, explica Dan Tamayo, pós-doutorando no Centro de Ciências Planetárias da Universidade de Toronto em Scarborough, no Canadá. “Isso pode parecer um longo tempo, mas é apenas um piscar de olhos astronômico. Seria muita sorte nós termos descoberto TRAPPIST-1 antes que ele se destruísse, então deve haver uma razão pela qual ele permanece estável”.
Estabilidade e harmonia

Tamayo e seus colegas parecem ter encontrado essa razão. Em uma pesquisa publicada na revista Astrophysical Journal Letters, os cientistas descrevem os planetas de TRAPPIST-1 como tendo “órbitas ressonantes”, algo que pode estabilizar fortemente o sistema.
Nas configurações ressonantes, os períodos orbitais dos planetas formam relações de números inteiros. É um princípio muito técnico, mas um bom exemplo é como Netuno orbita o sol três vezes na quantidade de tempo que Plutão leva para orbitá-lo duas vezes. Isso é uma coisa boa para Plutão, porque se não fosse assim, ele não existiria. As órbitas dos dois planetas se cruzam, mas, por causa da ressonância, suas posições um em relação ao outro continuam se repetindo.

“Há um padrão de repetição rítmica que garante que o sistema permaneça estável durante um longo período de tempo”, complementa Matt Russo, pós-doutorando no Instituto Canadense de Astrofísica Teórica, que trabalha em maneiras criativas de visualizar o sistema.

Ao testar as novas simulações ressonantes usando um supercomputador do Instituto Canadense de Astrofísica Teórica, a equipe descobriu que o TRAPPIST-1 permaneceu estável por quanto tempo eles puderam executá-las – o que acabou sendo 100 vezes mais tempo do que as simulações da pesquisa original descrevendo o sistema.
Sinfonia perfeita

TRAPPIST-1 leva o princípio da ressonância muito a sério, com todos os sete planetas estando em órbitas sincronizadas. Para ilustrar esta notável configuração, Tamayo e Russo, ao lado de Andrew Santaguida, criaram uma animação em que os planetas tocam uma nota de piano toda vez que passam na frente de sua estrela anfitriã, e uma batida de tambor sempre que um planeta passa por seu vizinho mais próximo.
Como as órbitas dos planetas estão em proporções simples, seu movimento cria um padrão de repetição constante que forma uma música agradável. Acelerar as frequências orbitais dos planetas na faixa auditiva humana produz uma espécie de sinfonia astrofísica, se desenvolvendo a mais de 40 anos-luz de distância.
O vídeo abaixo ilustra essas órbitas sincronizadas. A música que elas compõem aparece na marca dos dois minutos e seis segundos:

Alinhados desde o nascimento

Mesmo órbitas sincronizadas não necessariamente sobrevivem muito tempo. Os alinhamentos orbitais têm que ser precisos para garantir que os sistemas permaneçam estáveis. Isso pode explicar por que as simulações feitas anteriormente rapidamente resultaram em planetas colidindo uns com os outros. 

“Não é que o sistema está condenado, é que as configurações estáveis são muito exatas”, afirma Tamayo. “Não podemos medir todos os parâmetros orbitais suficientemente bem no momento, então os sistemas simulados continuam resultando em colisões porque as configurações não são precisas”.

A fim de superar este problema, Tamayo e sua equipe olharam para o sistema não como ele é hoje, mas como pode ter se formado originalmente. Quando o sistema estava nascendo de um disco de gás, os planetas devem ter migrado em relação um ao outro, permitindo que o sistema se estabelecesse naturalmente em uma configuração ressonante estável.

“Isso significa que, no início, a órbita de cada planeta foi ajustada para torná-la harmoniosa com seus vizinhos, da mesma forma que os instrumentos são afinados por uma banda antes de ela começar a tocar”, sugere Russo. “É por isso que a animação produz uma música tão bonita”.