Os astrônomos desenvolveram o modelo mais realista de formação de planetas em sistemas estelares binários até hoje.
Pesquisadores da Universidade de Cambridge e do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre mostraram como exoplanetas em sistemas estelares binários, descobertos pelo telescópio espacial Kepler, emergiram sem serem destruídos em um ambiente caótico de nascimento.
Eles estudaram um tipo de sistema binário no qual uma estrela companheira menor orbita uma estrela-mãe maior cerca de uma vez a cada 100 anos - nosso vizinho mais próximo, Alfa Centauro, é um exemplo desse sistema.
“Tal sistema seria o equivalente a um segundo Sol no lugar de Urano, o que tornaria nosso sistema solar completamente diferente”, disse o co-autor Roman Rafikov, do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica de Cambridge.
Ele e seu co-autor Kidron Silsby do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre descobriram que os planetesimais - blocos de construção planetários que giram em torno de uma jovem estrela - devem começar com pelo menos 10 quilômetros de diâmetro para formar planetas nesses sistemas, e um disco de poeira , o gelo e o gás ao redor da estrela, dentro do qual os planetas são formados, devem ser relativamente redondos.
O estudo leva o estudo da formação planetária em sistemas binários a um novo nível de realismo e explica como tais planetas, muitos dos quais foram descobertos, poderiam ter se formado.
Acredita-se que a formação planetária comece com um disco protoplanetário composto principalmente de hidrogênio, hélio e minúsculas partículas de gelo e poeira, orbitando a jovem estrela. De acordo com a principal teoria atual da formação planetária, conhecida como acreção de núcleo, as partículas de poeira aderem umas às outras, eventualmente formando sólidos cada vez maiores.
Se o processo parar prematuramente, o resultado será um planeta rochoso semelhante à Terra. Se o planeta ficar maior que a Terra, então sua gravidade será suficiente para prender uma grande quantidade de gás do disco, o que levará à formação de um gigante gasoso semelhante a Júpiter.
"Esta teoria faz sentido para sistemas planetários formados em torno de uma única estrela, mas a formação planetária em binários é mais difícil porque a estrela companheira atua como um batedor de ovos gigante, energizando dinamicamente o disco protoplanetário", dizem os cientistas.
“Em um sistema de estrela única, as partículas no disco se movem em baixas velocidades, então elas facilmente se unem quando colidem, permitindo que cresçam. Mas, devido ao efeito gravitacional de "bater o ovo" de uma estrela companheira em um sistema binário, as partículas sólidas colidem umas com as outras a uma velocidade muito maior. Portanto, quando eles colidem, eles se destroem. "
Muitos exoplanetas foram vistos em sistemas binários, então a questão sempre foi como eles se formaram lá. Alguns astrônomos chegaram a sugerir que talvez esses planetas flutuassem no espaço interestelar e, por exemplo, fossem absorvidos pela gravidade do sistema binário.
Os cientistas fizeram uma série de simulações para ajudar a resolver esse quebra-cabeça. Eles desenvolveram um modelo matemático detalhado do crescimento dos planetas em um sistema binário que usa dados físicos realistas e leva em consideração processos que são freqüentemente esquecidos, como o efeito gravitacional de um disco de gás no movimento dos planetesimais dentro dele.
"O disco é conhecido por afetar diretamente os planetesimais por meio da resistência do gás, agindo como uma espécie de vento", dizem os pesquisadores. "Há alguns anos, percebemos que, além da resistência do gás, a própria gravidade do disco altera dramaticamente a dinâmica dos planetesimais, em alguns casos permitindo que os planetas se formem mesmo em face das perturbações gravitacionais causadas pela companheira estelar."
O modelo mostrou que os planetas podem se formar em sistemas binários como o Alpha Centauri, desde que os planetesimais tenham, inicialmente, pelo menos 10 quilômetros de tamanho, e o próprio disco protoplanetário seja quase redondo, sem grandes desvios. Quando essas condições são satisfeitas, os planetesimais em certas partes do disco acabam se movendo devagar o suficiente entre si para se manterem unidos, em vez de se destruir.
Esses dados suportam um mecanismo especial de formação planetesimal, denominado instabilidade de fluxo, que é parte integrante do processo de formação planetária. Essa instabilidade é um efeito coletivo, envolvendo muitas partículas sólidas em movimento na presença de gás, que é capaz de concentrar partículas de poeira variando em tamanho de seixos a pedregulhos para produzir vários planetesimais grandes que sobreviverão à maioria das colisões.
Os resultados deste trabalho fornecem informações importantes para as teorias de formação planetária em torno de estrelas binárias e únicas, bem como para a modelagem hidrodinâmica de discos protoplanetários em sistemas binários.
No futuro, este modelo pode ser usado para explicar a origem dos planetas do tipo Tatooine - exoplanetas orbitando ambos os componentes do sistema binário.
2021-07-28 14:36:42
Autor: Vitalii Babkin