Embora os planetas rodeiam as estrelas na galáxia, a forma como elas se formam continua a ser um tema de debate. Apesar da riqueza de mundos em nosso próprio sistema solar, os cientistas ainda não têm certeza de como os planetas são construídos. Actualmente, duas teorias estão a afundá-lo para o papel de campeão.

A primeira e mais amplamente aceita teoria, a do núcleo, funciona bem com a formação dos planetas terrestres como a Terra, mas tem problemas com os planetas gigantes. A segunda, o método da instabilidade do disco, pode ser responsável pela criação destes planetas gigantes.

Os cientistas continuam a estudar os planetas dentro e fora do sistema solar, num esforço para compreender melhor qual destes métodos é mais preciso.

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O modelo de acreção do núcleo

Aquando de 4,6 bilhões de anos atrás, o sistema solar era uma nuvem de poeira e gás conhecida como nebulosa solar. A gravidade colapsou o material em si mesmo quando começou a girar, formando o sol no centro da nebulosa.

Com o nascer do sol, o material restante começou a aglomerar-se. Pequenas partículas se juntaram, ligadas pela força da gravidade, em partículas maiores. O vento solar varreu elementos mais leves, como o hidrogénio e o hélio, das regiões mais próximas, deixando apenas materiais pesados e rochosos para criar mundos terrestres mais pequenos como a Terra. Mas, mais longe, os ventos solares tiveram menos impacto sobre os elementos mais leves, permitindo a sua coalescência em gigantes de gás. Desta forma, asteróides, cometas, planetas e luas foram criados.

O núcleo rochoso da Terra formou-se primeiro, com elementos pesados colidindo e ligando-se entre si. O material denso afundou ao centro, enquanto o material mais leve criou a crosta. O campo magnético do planeta provavelmente se formou por volta desta época. A gravidade capturou alguns dos gases que compunham a atmosfera inicial do planeta.

A Terra sofreu um impacto na sua evolução por um grande corpo que catapultou pedaços do manto do jovem planeta para o espaço. A gravidade fez com que muitos desses pedaços se juntassem e formassem a Lua, que tomou órbita em torno de seu criador.

O fluxo do manto sob a crosta causa a tectônica das placas, o movimento das grandes placas de rocha sobre a superfície da Terra. Colisões e atritos deram origem a montanhas e vulcões, que começaram a lançar gases na atmosfera.

Embora a população de cometas e asteróides passando pelo sistema solar interno seja escassa hoje em dia, eles eram mais abundantes quando os planetas e o sol eram jovens. Colisões destes corpos gelados provavelmente depositaram grande parte da água da Terra na sua superfície. Como o planeta está na zona dos Goldilocks, a região onde a água líquida não congela nem evapora, mas pode permanecer como um líquido, a água permaneceu na superfície, o que muitos cientistas pensam que desempenha um papel fundamental no desenvolvimento da vida.

Observações do Exoplanet parecem confirmar o acreção do núcleo como o processo de formação dominante. Estrelas com mais “metais” – um termo que os astrônomos usam para outros elementos além de hidrogênio e hélio – em seus núcleos têm mais planetas gigantes do que seus primos pobres em metais. Segundo a NASA, o acreção do núcleo sugere que mundos pequenos e rochosos deveriam ser mais comuns que os gigantes gasosos mais maciços.

A descoberta em 2005 de um planeta gigante com um núcleo maciço orbitando a estrela semelhante ao Sol HD 149026 é um exemplo de um exoplaneta que ajudou a reforçar a defesa do acreção do núcleo.

“Esta é uma confirmação da teoria do acreção do núcleo para a formação de planetas e evidência de que planetas deste tipo deveriam existir em abundância”, disse Greg Henry em um comunicado de imprensa. Henry, um astrônomo da Tennessee State University, Nashville, detectou o escurecimento da estrela.

Em 2017, a Agência Espacial Européia planeja lançar o CHARacterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS), que estudará exoplanetas com tamanhos que variam de super-terras a Netuno. Estudar esses mundos distantes pode ajudar a determinar como os planetas no sistema solar se formaram.

“No cenário de acreção do núcleo, o núcleo de um planeta deve atingir uma massa crítica antes de ser capaz de acreção de gás de forma descontrolada”, disse a equipe do CHEOPS.

“Essa massa crítica depende de muitas variáveis físicas, entre as quais a mais importante é a taxa de acreção de planetasimais”

“Ao estudar como os planetas em crescimento acretem material, CHEOPS fornecerá uma visão de como os mundos crescem.

O modelo de instabilidade do disco

Embora o modelo de acreção do núcleo funcione bem para planetas terrestres, os gigantes do gás teriam que evoluir rapidamente para agarrar a massa significativa de gases mais leves que eles contêm. Mas as simulações não foram capazes de explicar esta rápida formação. Segundo os modelos, o processo leva vários milhões de anos, mais tempo do que os gases leves estavam disponíveis no sistema solar inicial. Ao mesmo tempo, o modelo de acreção do núcleo enfrenta um problema de migração, pois é provável que os planetas bebês entrem em espiral para o sol em um curto espaço de tempo.

De acordo com uma teoria relativamente nova, a instabilidade do disco, tufos de poeira e gás são unidos no início da vida do sistema solar. Com o tempo, estes tufos compactam-se lentamente em um planeta gigante. Estes planetas podem se formar mais rapidamente que seus rivais de acreção do núcleo, às vezes em apenas mil anos, permitindo que eles prendam os gases mais leves de rápido crescimento. Eles também atingem rapidamente uma massa estabilizadora da órbita que os impede de marchar até o sol.

De acordo com o astrônomo exoplanetário Paul Wilson, se a instabilidade do disco domina a formação dos planetas, ele deve produzir um grande número de mundos em grandes ordens. Os quatro planetas gigantes orbitando a distâncias significativas em torno da estrela HD 9799 fornece evidências observacionais para a instabilidade do disco. O Fomalhaut b, um exoplaneta com uma órbita de 2.000 anos em torno da sua estrela, também poderia ser um exemplo de um mundo formado através da instabilidade do disco, embora o planeta também pudesse ter sido ejetado devido às interações com seus vizinhos.

Acesso de seixos

O maior desafio para o acreção do núcleo é o tempo – construir gigantes de gás maciço com rapidez suficiente para agarrar os componentes mais leves de sua atmosfera. Pesquisa recente sobre como objetos menores, do tamanho de seixos se fundiram para construir planetas gigantes até 1000 vezes mais rápido do que estudos anteriores.

“Este é o primeiro modelo que sabemos que você começa com uma estrutura bastante simples para a nebulosa solar da qual os planetas se formam, e termina com o sistema de planetas gigantes que vemos”, disse o autor do estudo Harold Levison, um astrônomo do Instituto de Pesquisa do Sudoeste (SwRI) no Colorado, ao Space.com em 2015.

Em 2012, os pesquisadores Michiel Lambrechts e Anders Johansen, da Universidade de Lund, na Suécia, propuseram que pequenos seixos, uma vez escritos, segurassem a chave para a rápida construção de planetas gigantes.

“Eles mostraram que as sobras de seixos deste processo de formação, que anteriormente se pensava não serem importantes, poderiam na verdade ser uma enorme solução para o problema da formação de planetas”, disse Levison.

Levison e sua equipe construíram sobre essa pesquisa para modelar mais precisamente como as pequenas seixos poderiam formar planetas vistos hoje na galáxia. Enquanto simulações anteriores, tanto objetos grandes quanto médios consumiam seus primos do tamanho de seixos a um ritmo relativamente constante, as simulações de Levison sugerem que os objetos maiores agiam mais como valentões, arrancando seixos das massas de tamanho médio para crescerem a um ritmo muito mais rápido.

“Os objetos maiores agora tendem a espalhar os menores mais do que os menores os espalham de volta, então os menores acabam se espalhando para fora do disco de seixos”, disse a co-autora do estudo Katherine Kretke, também da SwRI, ao Space.com. “O cara maior basicamente intimida os menores para que eles mesmos possam comer todos os seixos, e eles podem continuar a crescer para formar os núcleos dos planetas gigantes”

As cientistas continuam a estudar os planetas dentro do sistema solar, assim como em torno de outras estrelas, eles entenderão melhor como a Terra e seus irmãos se formaram.

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