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jul 05

Descobertas evidências de duas populações distintas de exoplanetas gigantes

 

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Impressão artística que mostra a formação de um exoplaneta gigante gasoso no disco de poeira que rodeia uma estrela jovem. Crédito: ESO/L. Calçada

 

Em estudo [1] destacado em Astronomy & Astrophysics, um time [2] de investigadores do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) [3], descobriu provas observacionais da existência de duas populações distintas de exoplanetas gigantes.

Até hoje foram detectados mais de 3.500 exoplanetas orbitando estrelas semelhantes ao Sol. Apesar de resultados recentes apontarem para que a maioria dos exoplanetas na nossa galáxia sejam rochosos como a Terra, também foi detectada uma grande população de exoplanetas 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 exoplanetas se formam vem da análise da relação entre os exoplanetas e a sua estrela mãe. Os resultados obtidos anteriormente mostram, por exemplo, que há uma forte ligação entre a metalicidade [4] da estrela e a frequência destes exoplanetas. A massa da estrela parece também ter influência na eficiência da formação planetária.

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Massa dos exoplanetas em função da metalicidade das estrelas analisadas. Neste gráfico podemos ver a posição das duas populações distintas de exoplanetas gigantes. Crédito: Santos et al. 2017

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 exoplaneta gigante. O outro sugere que são instabilidades no disco protoplanetário [5] que dão origem a bolas de gás, que por sua vez contraem até formar um exoplaneta gigante.

Vardan Adibekyan (IA & Universidade do Porto) comentou:

O nosso time usou dados públicos de exoplanetas gigantes e obteve a interessante evidência observacional de que os exoplanetas 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 exoplanetas gigantescos se formam através de um mecanismo diferente do dos seus irmãos de menor massa. Nuno Cardoso Santos (IA & Faculdade de Ciências da Universidade do Porto) acrescentou:

O resultado agora publicado sugere que ambos os mecanismos podem estar a atuar, o primeiro a formar exoplanetas de menor massa, e o outro a ser responsável pela formação dos de maior massa.

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Impressão artística de uma estrela jovem rodeada por um disco protoplanetário, onde podemos ver anéis concêntricos de gás, separados por espaços que indicam onde se estão a formar exoplanetas. Créditos: ESO/L. Calçada

Por um lado, os exoplanetas gigantes de menor massa parecem formar-se por acreção, à volta de estrelas ricas em metais, enquanto os exoplanetas mais massivos parecem formar-se principalmente por instabilidade gravitacional. Mas Adibekyan adicionou ainda:

Apesar desta descoberta ser um passo importante para uma compreensão total da formação planetária, não foi o derradeiro passo. O nosso time continua a dedicar-se com entusiasmo com respeito a muitas outras questões em aberto.

Para ajudar nesta compreensão, estão a ser feitas observações com o satélite GAIA (ESA), cuja sensibilidade permitirá a detecção 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 permitirão o estudo da relação massa-raio, que em conjunto com estudos da composição das atmosferas planetárias, com instrumentos como o ESPRESSO (VLT), o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o HIRES no ELT (ESO), irão estabelecer novas restrições aos processos de formação planetária.

Notas

[1] 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).

[2] O time é composto por N. C. SantosV. AdibekyanP. FigueiraD. T. AndreasenS. C. C. Barros, E. Delgado-MenaO. Demangeon, J. P. Faria, M. Oshagh, S. G. SousaP. T. P. Viana, e A.C.S. Ferreira.

[3] O Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) é a maior unidade de investigação na área das Ciências do Espaço em Portugal, integrando investigadores da Universidade de Lisboa e da Universidade do Porto, e englobando a maioria da produção científica nacional na área. Foi avaliado como “Excelente” na última avaliação que a Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) encomendou à European Science Foundation (ESF). A atividade do IA é financiada por fundos nacionais e internacionais, incluindo pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (UID/FIS/04434/2013), POPH/FSE e FEDER através do COMPETE 2020.

[4] Em astronomia, os elementos que não são hidrogênio e hélio são vulgarmente designados “metais”. A metalicidade de uma estrela refere-se à quantidade de “metais” que existem na sua composição.

[5] Um disco protoplanetário é um disco de gás e poeira que roda à volta de uma (ou mais) estrela (s). Este material eventualmente dá origem aos exoplanetas.

Fontes

Phys.org: Evidence discovered for two distinct giant planet populations

IA: Descobertas evidências de duas populações distintas de planetas gigantes

._._.

1705.06090 – Observational evidence for two distinct giant planet populations

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