Impressão de artista de um exoplaneta mais pequeno que Neptuno. Um novo estudo sugere uma razão para o porquê de tais planetas raramente crescerem mais que Neptuno: os oceanos de magma do planeta começam a "comer" o céu. Crédito: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)/L. Kreidberg; J. Bean (U. Chicago)/H. Knutson (Caltech)
Durante muitos anos, pelo que sabíamos, o nosso Sistema Solar estava sozinho no Universo. E depois, telescópios mais avançados começaram a revelar um tesouro de planetas em órbita de estrelas distantes.
Em 2014, o telescópio espacial Kepler da NASA entregou aos cientistas mais de 700 planetas distantes "novinhos em folha" para estudarem - muitos deles totalmente diferentes do que havia sido observado anteriormente. Em vez de gigantes gasosos como Júpiter, que as investigações anteriores haviam captado primeiro porque são mais fáceis de observar, estes planetas eram mais pequenos e, na maioria, rochosos em termos de massa.
Os cientistas notaram que existiam muitos destes planetas de tamanho idêntico ou pouco superior ao da Terra, mas que havia também um corte acentuado antes dos planetas alcançarem o tamanho de Neptuno. "É como se fosse um 'precipício' nos dados, e é bastante dramático," disse o cientista planetário Edwin Kite da Universidade de Chicago. "O que temos discutido é o porquê de os planetas tenderem a parar de crescer além do triplo do tamanho da Terra."
Num artigo publicado dia 17 de dezembro na revista The Astrophysical Journal Letters, Kite e colegas da Universidade de Washington, da Universidade de Stanford e da Universidade Estatal da Pensilvânia fornecem uma explicação inovadora para esta queda: os oceanos de magma à superfície destes planetas absorvem rapidamente as suas atmosferas assim que os planetas atingem cerca de três vezes o tamanho da Terra.
Kite, que estuda a história de Marte e os climas de outros mundos, estava bem posicionado para estudar a questão. Ele pensou que a resposta podia depender de um aspeto pouco estudado de tais exoplanetas. Pensa-se que a maioria dos planetas um pouco mais pequenos do que a queda de tamanho tenham oceanos de magma às suas superfícies - grandes mares de rocha derretida como os que outrora cobriram a Terra. Mas, em vez de solidificarem como o nosso, são mantidos quentes por uma espessa camada atmosférica rica em hidrogénio.
"Até agora, quase todos os modelos que temos ignoram este magma, tratando-o como quimicamente inerte, mas a rocha derretida é quase tão líquida quanto a água e muito reativa," disse Kite, professor assistente no Departamento de Ciências Geofísicas da Universidade de Chicago.
A questão que Kite e colegas consideraram foi se, à medida que os planetas adquiriam mais hidrogénio, o oceano podia começar a "comer" o céu. Neste cenário, à medida que o planeta adquire mais gás, este acumula-se na atmosfera e a pressão em baixo, onde a atmosfera encontra o magma, começa a aumentar. A princípio, o magma absorve o gás adicionado a um ritmo constante, mas à medida que a pressão aumenta, o hidrogénio começa a dissolver-se muito mais facilmente no magma.
"Não apenas isso, mas o pouco gás adicionado que permanece na atmosfera faz subir a pressão atmosférica e, assim, uma fração ainda maior do gás que chega mais tarde dissolve-se no magma," explicou Kite.
Assim sendo, o crescimento do planeta para antes de atingir o tamanho de Neptuno (porque a maioria do volume destes planetas está na atmosfera, o encolhimento da atmosfera encolhe os planetas).
Os autores chamam a isto a "crise de fugacidade", que pega no termo que mede quanto mais facilmente um gás se dissolve numa mistura do que seria de esperar com base na pressão.
Kite acrescentou que a teoria se encaixa bem com as observações existentes. Também existem vários marcadores que os astrónomos podem procurar no futuro. Por exemplo, se a teoria estiver correta, os planetas com oceanos de magma que são frios o suficiente para se cristalizarem à superfície devem exibir perfis diferentes, pois isso impediria o oceano de absorver tanto hidrogénio. As investigações atuais e futuras do TESS e de outros telescópios deverão fornecer aos astrónomos mais dados com que trabalhar.
"No nosso Sistema não há nada como estes mundos," disse Kite. "Embora o nosso trabalho sugira uma solução para um dos quebra-cabeças dos exoplanetas sub-Neptuno, ainda têm muito para nos ensinar!"
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