A origem dos planetas. Novos mundos, novas perguntas

Há apenas 25 anos, os noticiários sobre as novidades da Astronomia davam conta dos feitos do Telescópio Espacial Hubble, e nenhuma delas contemplava a descoberta de novos planetas. De repente, em 1995, o meio astronômico entrou em ebulição, com a descoberta de um planeta fora do Sistema Solar. Desde então, essa área da Astronomia tornou-se um campo de pesquisa extremamente dinâmico.

Quando eu ainda iniciava a vida acadêmica, durante um projeto de iniciação científica, em 1992, tive a oportunidade de presenciar de pertinho todo esse rebuliço. Sob a orientação do Dr. Celso Batalha, eu investiguei algumas estrelas bem jovens, com prováveis discos ao redor. Esses discos, acreditávamos, eram os “berçários” não só das estrelas, mas também de planetas. Fizemos diversas observações e obtivemos resultados interessantes que renderam um artigo internacional, mas nenhuma evidência concreta de planetas girando ao redor das estrelas. Uma estrela em particular – TW Hydrae –,  era um  alvo muito interessante, por ser parecida com o nosso Sol. No entanto, mostrou-se um verdadeiro “labirinto”, pois apresentava um comportamento errático, que impedia qualquer tentativa de interpretação única para o que víamos.

“Chegará um tempo em que enxergaremos mais distante. Poderemos observar planetas como a Terra.”

-Christopher Wren, astrônomo inglês (1657)

Em 6 de outubro 1995, o quadro começou a mudar após o anúncio da descoberta de um planeta orbitando a estrela 51 Pegasi. De forma gradual outros planetas foram descobertos. Com o desenvolvimento de técnicas e instrumentos cada vez mais precisos, presenciamos um verdadeiro boom de planetas. Hoje, o número de planetas conhecidos fora do Sistema Solar – os chamados exoplanetas –, ultrapassa 3.500. Esse número deve ser muito maior, pois as técnicas ainda privilegiam alguns tipos de planetas. 

Talvez a quantidade de exoplanetas seja surpreendente para você. Acontece que os planetas são subprodutos naturais no processo de formação de estrelas. Isso mesmo, é quase inevitável! Nesse sentido, os exoplanetas são fascinantes pois podem nos ajudar a responder questões sobre o nosso próprio Sistema Solar.

O emprego de técnicas e instrumentos modernos gerou uma abundância de dados sobre as galáxias e as estrelas, que possibilitou o desenvolvimento de modelos e teorias sobre a formação de estrelas e de planetas.

As estrelas se formam no interior de enormes nuvens de gás e poeira, chamadas nebulosas de formação estelar. Existem várias por aí, sendo uma das mais famosas, a Nebulosa de Órion. Ela está próxima das Três Marias e, numa noite sem Lua e num local longe da luz urbana, pode ser vista até sem telescópio. 

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Constelação de Órion sobre El Castillo, templo de Kukulkan, Chichen Itza/México. A Nebulosa de Órion está indicada por um traço amarelo. Crédito da foto: Stéphane Guisard.

No interior das nebulosas de formação estelar, algumas regiões podem apresentar maior concentração de gás e poeira, dando início ao processo de contração gravitacional. A contração cria objetos cada vez mais densos, verdadeiras aglomerações de matéria. Ao mesmo tempo, o movimento da nuvem é transferido para esses núcleos, que ganham cada vez mais velocidade de rotação, como resultado da contração.

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Nebulosa de Órion. Fotografia obtida no Planetário da Gávea por Fernando Vieira e Maurício Arbex em 20/03/2017.

A rápida rotação faz com que o material se achate, na forma de um disco. Em seu centro, bem mais quente, tem início a formação de uma estrela. No disco, ao redor do núcleo, o material aos poucos se aglomera em algumas regiões, formando objetos cada vez maiores – os planetesimais. Por essa razão esses discos são chamados discos proto-planetários.

Com a estrela formada, sua radiação expele boa parte do gás contido no disco, restando apenas as estruturas mais compactas, como os planetas. Nosso Sistema Solar apresenta algumas evidências de ter passado pelo processo de expulsão de gás. Por exemplo: os planetas mais próximos do Sol são menores e compostos, em sua maior parte, por rochas e metais. Já os planetas mais distantes do Sol são gigantes gasosos.

Fora do Sistema Solar, evidências da existência de discos proto-planetários não faltam. Por exemplo, na própria Nebulosa de Órion, o Telescópio Hubble encontrou vários deles. Veja abaixo alguns.

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Discos proto-planetários, na Nebulosa de Órion, observados pelo Telescópio Espacial Hubble.

Um dos resultados mais emblemáticos para mim foi obtido há exatamente um ano, quando o recém-construído observatório ALMA anunciou observações fresquinhas, com uma técnica que não era disponível em 1992. E advinha de quem? Isso mesmo, TW Hydrae. E como a imagem abaixo não deixa dúvidas, temos um disco proto-planetário ao redor da estrela. E, naturalmente, indicações claras da presença de objetos orbitando a estrela (os “vazios” no disco).

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Imagem do disco proto-planetário ao redor da estrela TW Hydrae obtida pelo ALMA. Crédito da imagem: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

Esse é um caso emblemático para mim, mas muitos outros sistemas similares já foram descobertos.

Já chegamos num estágio da ciência em que é possível observar planetas orbitando outras estrelas. Estamos apenas começando, mas os resultados já são impressionantes! A imagem abaixo, divulgada em janeiro deste ano, é uma sequência de imagens obtidas ao longo de sete anos da estrela HR 8799 e de quatro planetas girando ao seu redor.

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Estrela HR 8799 e seus quatro planetas. A estrela foi “bloqueada” para que o seu brilho não ofuscasse o dos planetas. O sistema está distante, 129 anos-luz, e se encontra na constelação do Pégaso. Crédito: Jason Wang and Christian Marois.

Há cerca de um mês, a NASA divulgou a última novidade do Telescópio Espacial Spitzer: a descoberta, pela primeira vez, de um sistema com sete planetas do tamanho da Terra girando ao redor de uma estrela – o sistema Trappist 1. E tem mais, três dos planetas estão localizados na zona de habitabilidade – uma região ao redor da estrela central na qual planetas rochosos têm boa probabilidade de possuir água líquida!

Os dados sobre esse sistema planetário indicam que os planetas estão sujeitos a forças de maré intensas, como resultado de sua proximidade à estrela central. Isso significaria que o mesmo lado do planeta está perpetuamente voltado para o Sol e, portanto, neste lado é sempre dia.

This infographic displays some artist's illustrations of how the seven planets orbiting TRAPPIST-1 might appear — including the possible presence of water oceans — alongside some images of the rocky planets in our Solar System. Information about the size and orbital periods of all the planets is also provided for comparison; the TRAPPIST-1 planets are all approximately Earth-sized.
Ilustração dos sete planetas orbitando o sistema TRAPPIST-1, incluindo a possibilidade de oceanos de água. Embaixo, planetas rochosos do Sistema Solar. Crédito: NASA.

 

Após esses 25 anos, a pergunta já não é se os exoplanetas existem, mas quantos deles têm características semelhantes às da Terra e possam, eventualmente, abrigar alguma forma de vida. Novos rebuliços nos aguardam?