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set 09

O que diferencia um exoplaneta gigante de uma anã marrom? Novas pesquisas desafiam os limites teóricos

Uma comparação do tamanho de Júpiter, uma anã castanha (brown dwarf), uma estrela pequena (anã vermelha – red dwarf) e o Sol (Sun). Crédito: Gemini Observatory / Obra de Jon Lomberg

Uma comparação do tamanho de Júpiter, uma anã marrom/anã castanha (brown dwarf), uma estrela pequena (anã vermelha – red dwarf) e o Sol (Sun). Crédito: Gemini Observatory / Obra de Jon Lomberg

A definição de “o que é um planeta” é algo que sempre vem acompanhada de forte dose emoção e tem sido alvo de disputas calorosas.

A redefinição estabelecida pela UAI em 2006 causou melancolia aos amantes do rebaixado Plutão que passou para a nova categoria dos ‘Planetas Anões’. O que nos causa estranheza, contudo, é a pouca atenção que tem sido dada à outra extremidade da escala planetária, ou seja, onde há o corte que separa os menores objetos estelares (no Brasil: anãs marrons / em Portugal: anãs castanhas) dos planetas jovianos.

O consenso geral vigente até então, conforme a UAI estabeleceu em 2001, é que se um objeto tem a capacidade de suportar a fusão do deutério (uma forma de hidrogênio que tem um nêutron no núcleo e  que pode sofrer fusão nuclear em temperaturas mais baixas que o hidrogênio) este será classificado como uma anã marrom. Enquanto isso, qualquer coisa que esteja abaixo disto e permaneça em órbita de uma estrela será considerado um planeta.

O limite teórico foi arbitrado pelos astrofísicos em cerca de 13 vezes a massa de Júpiter (13 MJ), mas enquanto essa ‘marca de cal’ possa parecer bastante clara à primeira vista, novo estudo publicado em setembro de 2010 explora a possibilidade de mudar sensivelmente este fator de discriminação. No século XX, por décadas, as anãs marrons (anãs castanhas) foram consideradas como criaturas míticas, apenas existentes na imaginação dos astrônomos. Suas temperaturas superficiais relativamente baixas, mesmo quando sendo capazes de processar a fusão de deutério, as tornam muito difíceis de serem detectadas pelos telescópios óticos convencionais. Enquanto que muitos objetos candidatos foram propostos como anãs marrons, estes não passaram no teste positivo da presença do lítio em seu espectro (o lítio é destruído pelas temperaturas geradas pela fusão do hidrogênio tradicional, ou seja, o lítio está ausente nas menores estrelas possíveis, as anãs vermelhas).

A anã marrom (anã castanha) Gliese 229B foi descoberta em outubro de 1994 pelo observatório Palomar e confirmada em 1995 pelo Hubble. Gliese 229B é o objeto brilhante menor, à direita da estrela Gliese 229A, uma anã vermelha com 58% da massa do nosso Sol. Crédito: NASA/ESA/Hubble/Palomar

A anã marrom (anã castanha) Gliese 229B foi descoberta em outubro de 1994 pelo observatório Palomar e confirmada em 1995 pelo Hubble. Gliese 229B é o objeto brilhante menor, à direita da estrela Gliese 229A, uma anã vermelha com 58% da massa do nosso Sol. Crédito: NASA/ESA/Hubble/Palomar

Gliese 229B

Felizmente, esta lacuna foi sanada em 1995 quando se confirmou a existência do primeiro objeto de massa apropriada no qual foi observada a linha de radiação com 670,8 nanômetros correspondente ao lítio. Tratava-se da primeira anã marrom descoberta, a Gliese 229B, no sistema binário Gliese 229. Gliese 229B tem massa estimada entre 20 MJ e 50 MJ e temperatura superficial da ordem de 950 K.

Desde então, o número de anãs marrons identificadas aumentou significativamente e os astrônomos descobriram que o limite inferior da massa das anãs marrons pode ser inferior ao limite máximo do mais massivo dos planetas. Isso inclui objetos como CoRoT-3b, um massivo objeto com 22 MJ, bem acima do limite de 13 MJ, que permanece no limbo terminológico. Com um diâmetro similar ao de Júpiter, CoRoT-3b tem densidade da ordem de 26,4 g/cm³, maior que o mais denso dos elementos, o Ósmio (22,6 g/cm³).

Comparação do tamanho de Júpiter com o de CoRoT 3b. Com 22 vezes a massa de Júpiter praticamente o mesmo tamanho, o que é CoRoT 3b? Uma anã marrom? Um planeta joviano ultra denso?

Comparação do tamanho de Júpiter com o de CoRoT 3b. Com 22 vezes a massa de Júpiter praticamente o mesmo tamanho, o que é CoRoT 3b? Uma anã marrom? Um planeta joviano ultra denso?

O limite técnico que varia

O artigo que trata este tema, liderado por David Speigel da Universidade de Princeton, relatou sobre uma ampla gama de condições iniciais para os objetos perto do limite de queima de deutério. Entre as variáveis analisadas, a equipe considerou a fração inicial de hélio, de deutério, e dos “metais” (em astronomia os “metais” são todos os elementos mais pesados que o Hélio na tabela periódica). Suas simulações mostraram que a quantidade de deutério queimado e quão rápido se deu a queima foi altamente dependente das condições iniciais presentes.

Assim, objetos que se formam originalmente com uma maior concentração de hélio necessitam de menos massa para conseguir fundir uma determinada quantidade de deutério. Da mesma forma, quanto maior a fração inicial de deutério, mais facilmente este se fundia. Além disto, as diferenças entre massa requerida não eram sutis. Elas poderiam variar em até algumas vezes a massa de Júpiter. O limite mínimo da massa teórica das anãs marrons foi reduzido para meramente 11 vezes a massa de Júpiter (11 MJ), quase 20% abaixo do limite teórico aceito até então (13 MJ). Por outro lado o limite máximo calculado chegou ao valor de 16,3 MJ.

Os cientistas resumiram suas considerações a seguir:

“Não há um critério universalmente reconhecido para distinguir as anãs marrons de planetas. Numerosos estudos têm usado ou sugerido uma definição baseada na massa do objeto, tomando 13 vezes a massa de Júpiter (MJ) como o limite mínimo para a ignição do deutério. Aqui, nós investigamos uma gama de modelos variando a massa para a queima do deutério. Nós encontramos que embora o valor de 13 MJ seja uma “regra de ouro” razoável, a massa mínima para a fusão do deutério depende da abundância do hélio, da abundância inicial do deutério, do índice de metalicidade e em quais frações do deutério primordial deve sofrer a fusão para qualificar efetivamente se o objeto queimou seu deutério. Embora tenhamos constatado que para a maioria das condições encontradas em proto-anãs-marrons, 50% do deutério inicial irá se queimar se a massa do objeto for 13±0,8 MJ, a escala de possibilidades é significativamente mais larga. Para modelos simulados variando de metalicidade zero até 3 vezes a metalicidade do Sol o limite para a fusão do deutério variou entre 11 MJ (metalicidade igual 3 vezes a do Sol e 10% do deutério primordial queimado) e 16,3 MJ (metalicidade igual a zero e 90% do deutério primordial queimado).”

Como consequência, Spiegel e sua equipe sugerem que, devido à confusão inerente ao limite de massa, a definição acima não pode ser usada como a “mais útil delimitação entre os planetas e anãs marrons”. Como tal, os astrônomos recomendam tomar cuidado extra nas suas classificações e sugerem que uma nova definição pode ser necessária.

Uma nova possível definição deverá envolver outras considerações, tais como:

  • Como se deu a história da formação de objetos desta escala questionável de massa;
  • Os objetos que se formaram em discos, em torno de outras estrelas, seriam considerados planetas;
  • Os objetos que se formaram a partir do colapso gravitacional, de forma independente do objeto que orbitam, seriam considerados anãs marrons.

Nesse meio tempo, os objetos exóticos como CoRoT-3b, continuarão a ter sua classificação taxonômica indefinida.

Fontes

  1. Universe Today: The Other End of the Planetary Scale por Jon Voisey
  2. ArXiv.org: The deuterium-burning mass limit for brown dwarfs and giant planets por David S. Spielgel, Adam Burrows e John A. Milsom

Links

  1. AstroPT: Anãs Castanhas
  2. Hubblesite: Astronomers Announce First Clear Evidence of a Brown Dwarf (Gliese 229B)

._._.

1008.5150v1 – The deuterium-burning mass limit for brown dwarfs and giant planets

5 menções

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