Como se formam os planetas gigantes?

Num estudo publicado pela revista Astronomy & Astrophysics, uma equipa de investigadores do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), descobriu provas observacionais da existência de duas populações distintas de planetas gigantes.

Até hoje foram detetados mais de 3500 planetas a orbitar estrelas semelhantes ao Sol. Apesar de resultados recentes apontarem para que a maioria dos planetas na nossa galáxia sejam rochosos como a Terra, também foi detetada uma grande população de planetas gigantes, com massas que podem ir até 10 ou 20 vezes a massa de Júpiter (que tem uma massa equivalente a 320 vezes a massa da Terra).

Uma grande parte da informação disponível acerca de como estes planetas se formam vem da análise da relação entre os planetas e a sua estrela mãe. Os resultados obtidos anteriormente mostram, por exemplo, que há uma forte ligação entre a metalicidade da estrela (Em astronomia, os elementos que não são hidrogénio e hélio são vulgarmente designados “metais” - a metalicidade de uma estrela refere-se à quantidade de “metais” que existem na sua composição) e a frequência destes planetas. A massa da estrela parece também ter influência na eficiência da formação planetária.

Os mais recentes modelos de formação planetária sugerem que há duas grandes avenidas para a formação de gigantes gasosos. O chamado processo de acreção do núcleo diz que primeiro forma-se um núcleo de rocha/gelo, e que posteriormente este atrai para si o gás à sua volta, dando origem a um planeta gigante. O outro sugere que são instabilidades no disco protoplanetário (discos de gás e poeira que rodam à volta de uma (ou mais) estrela(s) e que constituem o material que eventualmente dá origem a planetas) que dão origem a bolas de gás, que por sua vez contraem até formar um planeta gigante.

Vardan Adibekyan (IA & Universidade do Porto) comenta: “A nossa equipa usou dados públicos de exoplanetas gigantes e obteve a interessante evidência observacional de que os planetas semelhantes a Júpiter e os seus primos de maior massa, com milhares de vezes a massa da Terra (dos quais não temos exemplo no Sistema Solar) se formam em ambientes diferentes, e compõem duas populações distintas.”

Objetos abaixo de 4 massas de Júpiter formam-se preferencialmente em estrelas ricas em metais. Já no regime entre 4 e 20 massas de Júpiter, as estrelas mãe tendem a ser mais massivas e pobres em metais, o que sugere que estes planetas gigantescos se formam através de um mecanismo diferente do dos seus irmãos de menor massa. Nuno Cardoso Santos (IA & Universidade do Porto) acrescenta: “O resultado agora publicado sugere que ambos os mecanismos podem estar a atuar, o primeiro a formar planetas de menor massa, e o outro a ser responsável pela formação dos de maior massa.”

Por um lado, os planetas gigantes de menor massa parecem formar-se por acreção, à volta de estrelas ricas em metais, enquanto os planetas mais massivos parecem formar-se principalmente por instabilidade gravítica. Mas Adibekyan acrescenta ainda: “Apesar desta descoberta ser um passo importante para uma compreensão total da formação planetária, não foi o derradeiro passo. A nossa equipa continua a dedicar-se com entusiasmo a muitas outras questões em aberto:”

Para ajudar nesta compreensão, estão a ser feitas observações com o satélite GAIA (ESA), cuja sensibilidade permitirá a deteção de milhares de exoplanetas gigantes, em órbitas de longo período à volta de estrelas de diferentes massas. E no futuro próximo, missões como o CHEOPS e o PLATO, da ESA, ou o TESS, da NASA’s permitirão o estudo da relação massas.

Referência para o artigo original:

O artigo “Observational evidence for two distinct giant planet populations” foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics Vol.603, A30 (DOI: 10.1051/0004-6361/201730761).

Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço