Na semana passada, uma equipe de astrônomos relatou a primeira descoberta potencial de uma exolua – um satélite girando em torno de um planeta perto de uma estrela. O mais impressionante na descoberta é a escala deste possível sistema. Neste caso, a “lua” parece ser do tamanho de Netuno, enquanto o planeta que ela orbita tem cerca de 10 vezes a massa de Júpiter, ou cerca de 3.000 vezes a massa da Terra!
Estas escalas desafiam os limites de como normalmente classificamos objetos no espaço e permite algumas questões sobre onde estamos na escala das coisas. Qual é o maior planeta possível? Considerando toda a gama de possibilidades, a Terra é um planeta grande ou pequeno?
Há duas maneiras de responder, dependendo do que queremos dizer com “grande”. Se pensamos sobre o tamanho de um planeta em termos de massa, então há uma resposta específica, mas bastante técnica. Os planetas são definidos como corpos que não geram sua própria energia a partir da fusão nuclear. Qualquer planeta com mais do que cerca de 13 vezes a massa de Júpiter (4,ooo massas da Terra, a grosso modo) gera calor e pressão suficientes no seu núcleo para desencadear reações de fusão limitadas de deutério, um isótopo pesado de hidrogênio. Nesse ponto, o objeto é considerado uma anã marrom em vez de um planeta.
Mas fronteira da ignição nuclear entre planetas e anãs marrons é baseada em processos internos que ficam escondidos, no entanto, e não são de todo óbvios do lado de fora. A massa crítica para a fusão também depende da combinação de elementos dentro do objeto. Para uma gama plausível de composições, o ponto de corte pode ser de 11 a 16 vezes a massa de Júpiter.
Fora dessa zona cinza, porém, as coisas se tornam mais claras. Qualquer coisa bem abaixo do limite inferior de 11 massas de Júpiter (3.500 massas da Terra, mais ou menos) é indiscutivelmente planetária. Qualquer coisa bem acima, por outro lado, é definitivamente capaz de criar alguma energia própria e não se encaixa mais na definição astronômica padrão de um planeta.
A gravidade contra os gigantes
Mas também há um ponto de vista mais literal sobre a questão: existe um limite sobre quão grande um planeta pode ser fisicamente? Aqui há uma resposta definitiva e bastante surpreendente. Júpiter tem 11 vezes o diâmetro da Terra, e isso é tão grande quanto qualquer planeta pode ser! Se você continuasse despejando mais matéria em Júpiter, ele não ficaria maior. Em vez disso, a gravidade faria com que sua massa ficasse mais junta ainda, de forma mais forte e eficiente.
Através de todo o intervalo entre um planeta com a massa de Júpiter ao limite das anãs marrons, até as estrelas anãs de massa mais baixa (cerca de 70 vezes a massa de Júpiter, o ponto em que ocorre a fusão sustentada de lítio e hidrogênio), o tamanho quase não muda. Todos esses objetos estão dentro de um limite de cerca de 15% do mesmo diâmetro. Essa constância tem algumas consequências estranhas.
Peguemos, por exemplo, a estrela Trappist-1A, que estava nas notícias recentemente porque tem sete planetas do tamanho da Terra a orbitando. Trappist-1A é uma anã vermelha, apenas 1/2000 tão brilhante quanto o sol, mas é uma estrela genuína, sem dúvida. Ela é alimentada por reações nucleares constantes e sustentadas que queimarão por trilhões de anos ou mais. É 80 vezes mais massiva do que Júpiter.
Por outro lado, Trappist-1A é menos de 10% maior em diâmetro do que Júpiter. Coloque esses dois detalhes juntos, e você rapidamente percebe que essa pequena estrela deve ser extremamente densa – como de fato são todas as estrelas anãs vermelhas. Trappist-1A é cerca de 60 vezes mais densa do que Júpiter. Traduzido em termos mais familiares, esta pequena bola de plasma de hidrogênio brilhante é 25 vezes mais densa que o granito e mais de seis vezes mais densa que o chumbo.
Embora Trappist-1A esteja sustentando reações de fusão, está fazendo isso a uma taxa tão baixa que o derramamento de energia quase não suporta o volume da estrela contra a atração da gravidade. Ainda mais extrema é a estrela anã vermelha EBLM J0555-57Ab, recentemente medida e declarada 15% menor do que Júpiter, do tamanho de Saturno. É a menor estrela madura conhecida (em oposição a cinzas estelares como anãs brancas ou estrelas de nêutrons), e tem 17 vezes a densidade do chumbo – 188 vezes a densidade da água!
Existem algumas exceções notáveis a esse padrão. Alguns planetas que orbitam extremamente perto de suas estrelas são superaquecidos e inchados em diâmetros anormalmente grandes. O exoplaneta de “isopor” KELT-11b, na ilustração acima, é 40% maior do que Júpiter apesar de ter apenas 1/5 da massa. Já o HD 100546bn tem cerca de 7 vezes o diâmetro de Júpiter, o que tornaria o planeta de maior tamanho conhecido, mas com algumas ressalvas: ele parece estar se formando, e as observações atuais deixam muitas incertezas sobre sua natureza – pode ser na verdade uma anã marrom precoce.
Fora de tais valores abertos, o padrão é rígido. À medida que os planetas ficam mais maciços, eles não ficam fisicamente maiores. Eles apenas são muito, muito mais fortemente ”apertados” pela gravidade, até que eles se incendeiem e já não sejam considerados planetas.
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