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ago 30

Foram as pedras planetárias os blocos de construção dos maiores planetas?

Nova descoberta aperfeiçoa os modelos de formação do Sistema Solar.

http://www.swri.org/press/2015/planetary-pebbles-building-blocks-large-planets.htm

Esta impressão artística de um sistema estelar jovem mostra que os gigantes gasosos se formam no início, enquanto a nebulosa gasosa ainda está presente. Cientistas do SwRI (Southwest Research Institute) usaram simulações computacionais para resolver como Júpiter e Saturno evoluíram em nosso próprio Sistema Solar. Os novos cálculos mostram que os núcleos dos gigantes gasosos provavelmente foram criados através da acumulação gradual de uma população de ‘pedras’ planetárias, objetos gelados da ordem de 1 centímetro a 1 metro de diâmetro. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Cientistas do SwRI (SouthWest Research Institute) e da Universidade de Queen, Canadá, provavelmente solucionaram o mistério de como os gigantes gasosos Júpiter e Saturno se formaram. A descoberta muda nossa visão sobre como os planetas do Sistema Solar se formaram.

Ironicamente, os maiores planetas do Sistema Solar foram os primeiros a se formar. Júpiter e Saturno, gigantes planetários compostos principalmente de hidrogênio e hélio, presumivelmente acumularam seus gases antes da nebulosa proto-solar se dispersar.

Observações de sistemas estelares jovens mostram que os discos gasosos que formam planetas geralmente têm uma vida útil de somente 1 a 10 milhões de anos, o que significa que os gigantes gasosos no nosso Sistema Solar se formaram provavelmente dentro desse espaço de tempo. Em contraste, a Terra provavelmente demorou entre 30 a 100 milhões de anos para ser construída.

Então, como é que Júpiter e Saturno se formaram tão velozmente?

A teoria amplamente aceita para a formação dos gigantes gasosos é chamada de ‘modelo de acreção de núcleo’. Neste modelo, um núcleo do tamanho de um planeta, constituído por gelo e rocha, forma-se primeiro. Em seguida, o fluxo de gás e poeira interestelar anexa-se ao planeta em crescimento. No entanto, este modelo tem um ‘calcanhar de Aquiles’, especificamente, o primeiro passo do processo. Para acumular uma atmosfera massiva é imprescindível um núcleo sólido com cerca de 10 vezes a massa da Terra. No entanto, estes corpos grandes do tipo Urano ou Netuno, tiveram de se formar em apenas alguns milhões de anos.

No modelo padrão de formação planetária, os núcleos rochosos crescem à medida que objetos de tamanho similar são acumulados e assimilados através de um processo chamado de ‘acreção’. As rochas incorporam outras rochas, criando montanhas. A seguir, montanhas fundem-se com outras montanhas, levando a objetos do tamanho de cidades e assim por diante. No entanto, o modelo padrão não é capaz de produzir núcleos planetários suficientemente grandes em um curto espaço de tempo, para justificar a criação de Saturno e de Júpiter.

Hal Levison, cientista de Ciência Planetária do SwRI e autor principal do artigo, comentou:

O problema da escala de tempo tem estado ‘preso nas nossas gargantas’ há algum tempo.

Não estava claro como objetos como Júpiter e Saturno podiam sequer existir.

‘Seixos’ Planetários

Novos cálculos feitos pelo time mostram que os núcleos de Júpiter e Saturno podem se formar dentro da janela de tempo de 10 milhões de anos caso cresçam acumulando gradualmente uma população de ‘pedras’ planetárias (ou ‘seixos’), objetos gelados com tamanhos da ordem de 1 centímetro a 1 metro de diâmetro.

Observações recentes têm mostrado que o gás pode desempenhar um papel vital no aumento da eficiência da acreção. Assim, as pedras que entravam em órbita podiam espiralar em queda na direção do protoplaneta e serem assimiladas, empurradas pelo vento originado pelo gases.

No artigo científico, Hal Levison, Katherine Kretke e Martin Duncan demonstram que a acreção de ‘pedras’ planetárias pode produzir a estrutura observada do Sistema Solar desde que os ‘seixos’ tenham se formado lentamente o bastante para que os planetas em crescimento tenham tempo para interagir gravitacionalmente com estes.

Kretke afirmou:

Se os ‘seixos’ se formassem demasiadamente rápido, a acreção levaria à formação de centenas de Terra geladas. Os núcleos em crescimento necessitam de algum tempo para arremessar os seus concorrentes para longe dos ‘seixos’, efetivamente fazendo com que ‘passem fome’. Essa é possivelmente a razão pela qual foram formados apenas um par de gigantes gasosos [Júpiter e Saturno].

Tanto quanto eu sei, este é o primeiro modelo que reproduz a estrutura do Sistema Solar exterior, com dois gigantes gasosos, dois gigantes de gelo (Urano e Netuno) e um Cinturão de Kuiper intocado.

Duncan concluiu:

Depois de muitos anos executando simulações computacionais do modelo padrão sem sucesso é um alívio encontrar um novo modelo tão bem-sucedido.

O artigo foi publicado na edição de 20 de agosto de 2015 da revista Nature, intitulado “Growing the Gas Giant Planets by the Gradual Accumulation of Pebbles” e assinado por Hal Levison e Katherine Kretke  do SwRI e  Martin Duncan, professor da Universidade Queen, Kingston, Ontário, Canadá.

Fontes

Southwest Research Institute (SwRI): SwRI scientists think ‘planetary pebbles’ were the building blocks for the largest planets – Discovery improves solar system formation models

Centauri Dreams: Building the Gas Giants

Artigo Científico

Nature: Growing the Gas Giant Planets by the Gradual Accumulation of Pebbles

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