Lacuna no tamanho do Exoplaneta muda com a idade

Planetas menores são mais escassos em sistemas mais jovens e planetas maiores estão carente de sistemas mais antigos, de acordo com novas pesquisas que analisaram centenas de Exoplanetas.

Há 26 anos, os astrônomos descobriram o primeiro planeta orbitando uma distante estrela semelhante ao Sol. Hoje, milhares de exoplanetas são conhecidos por habitar nossa faixa local da Via Láctea, e esse dilúvio de dados inadvertidamente revelou um mistério cósmico: planetas um pouco maiores que a Terra parecem ser relativamente raros no canhão de exoplanetas.

Uma equipe agora usou observações de centenas de exoplanetas para mostrar que essa lacuna planetária não é estática, mas evolui com a idade do planeta, sistemas planetários mais jovens são mais propensos a perder planetas ligeiramente menores e sistemas mais antigos são mais aptos a ficar sem planetas ligeiramente maiores. Essa evolução é consistente com a hipótese de que a perda atmosférica literalmente, a atmosfera de um planeta soprando ao longo do tempo é responsável por esse chamado “vale do raio”, sugeriram os pesquisadores.

Mudanças com a Idade

“Há um esgotamento de planetas em cerca de 1,7 raios terrestres”. Em 2017, cientistas relataram a primeira detecção confiante do vale do raio. (Quatro anos antes, uma equipe diferente havia publicado uma detecção provisória.)

Definido por uma relativa escassez de exoplanetas cerca de 50% á 100% maior que a Terra, o vale do raio é facilmente aparente quando se olha para histogramas do tamanho do planeta, disse Julia Venturini, astrofísica do Instituto Internacional de Ciência Espacial de Berna, suíça, não envolvida na nova pesquisa. “Há um esgotamento de planetas em cerca de 1,7 raios terrestres.”

Trevor David, astrofísico do Instituto Flatiron, em Nova York e seus colegas estavam curiosos para saber se a localização do vale do raio, ou seja, a faixa de tamanho planetário que engloba evolui com a idade do planeta. Essa é uma pergunta importante, disse o astrofísico, porque encontrar evolução no vale do raio pode lançar luz sobre sua causa ou causas. Foi proposto que alguns planetas percam suas atmosferas ao longo do tempo, o que faz com que eles mudem de tamanho. Se a escala de tempo sobre a qual o vale do raio evolui corresponde à escala de tempo da perda atmosférica, talvez seja possível determinar esse processo como explicação, disse David.

“A idade é um daqueles parâmetros que é muito difícil de determinar para a maioria das estrelas”. Em um novo estudo publicado no Astronomical Journal, os pesquisadores analisaram planetas originalmente descobertos usando o Telescópio Espacial Kepler. Eles se concentraram em uma amostra de cerca de 1.400 planetas cujas estrelas hospedeiras tinham sido observadas espectroscopicamente. Sua primeira tarefa foi determinar a idade dos planetas, que eles avaliaram indiretamente estimando as idades de suas estrelas hospedeiras. (Porque leva apenas alguns milhões de anos para os planetas se formarem em torno de uma estrela, esses objetos, astronomicamente falando, têm quase as mesmas idades.)

A equipe calculou as idades do planeta variando de cerca de 500 milhões de anos a 12 bilhões de anos, mas “a idade é um desses parâmetros que é muito difícil de determinar para a maioria das estrelas”, disse David. Isso porque as estimativas da idade das estrelas dependem de modelos teóricos de como as estrelas evoluem, e esses modelos não são perfeitos quando se trata de estrelas individuais, disse ele. Por essa razão, os pesquisadores decidiram basear a maioria de suas análises em uma divisão grosseira de sua amostra em duas faixas etárias, uma correspondente a estrelas com menos de alguns bilhões de anos e uma abrangendo estrelas com mais de 2 a 3 bilhões de anos.

Um Vale Em Movimento

“Estamos inferindo que alguns Sub Netunos estão sendo convertidos em Super Terras através da perda atmosférica”.

Quando David e seus colaboradores olharam para a distribuição dos tamanhos dos planetas em cada grupo, eles realmente encontraram uma mudança no vale do raio: planetas dentro dele tendiam a ser cerca de 5% menores em média, nos sistemas planetários mais jovens em comparação com sistemas planetários mais antigos. Não foi totalmente surpreendente encontrar essa evolução, mas foi inesperado que ela persistiu por escalas de tempo tão longas [bilhões de anos]. “O que foi surpreendente foi quanto tempo essa evolução parece ser.”

Essas descobertas são consistentes com planetas perdendo suas atmosferas ao longo do tempo, David e seus colegas propuseram. A ideia é que a maioria dos planetas desenvolva atmosferas no início, mas depois as perca, efetivamente encolhendo de tamanho de pouco abaixo do raio de Netuno (cerca de 4 vezes o raio da Terra),para um pouco acima do da Terra. “Estamos inferindo que alguns sub Netunos estão sendo convertidos em super Terras através da perda atmosférica”, disse David ao Eos. Com o passar do tempo, planetas maiores perdem suas atmosferas, o que explica a evolução do vale do raio, sugeriram os pesquisadores.

Chutando atmosferas

A perda atmosférica pode ocorrer através de vários mecanismos, acreditam os cientistas, mas acredita-se que dois em particular sejam relativamente comuns. Ambos envolvem energia sendo transferida para a atmosfera de um planeta a ponto de atingir milhares de graus kelvin. Essa entrada de energia dá aos átomos e moléculas dentro de uma atmosfera um chute literal, e alguns deles, particularmente espécies mais leves como o hidrogênio, podem escapar.

“Você pode ferver a atmosfera de um planeta”, disse Akash Gupta, cientista planetário da Universidade da Califórnia, Los Angeles, não envolvido na pesquisa.

No primeiro mecanismo foto evaporação  a energia é fornecida por raios-X e fótons ultravioletas emitidos pela estrela hospedeira de um planeta. No segundo mecanismo resfriamento do núcleo, a fonte da energia é o próprio planeta.

Um planeta montado é formado a partir de sucessivas colisões de objetos rochosos e todas essas colisões depositam energia no planeta formador. Com o tempo, os planetas retardam essa energia, algumas das quais entram em suas atmosferas.

Estudos teóricos previram que a foto evaporação funciona em escalas de tempo relativamente curtas, cerca de 100 milhões de anos, enquanto o resfriamento do núcleo persiste ao longo de bilhões de anos. Mas concluir que o resfriamento do núcleo é responsável pela evolução no vale do raio seria prematuro, porque alguns pesquisadores sugeriram que a foto evaporação também pode agir ao longo de bilhões de anos em alguns casos. É difícil identificar qual é mais provável em jogo, disse David. “Não podemos descartar a foto evaporação ou as teorias de perda de massa alimentadas pelo núcleo.”

É também uma possibilidade que o vale do raio possa surgir por causa de como os planetas se formam, não como eles evoluem. No futuro, David e seus colegas planejam estudar planetas extremamente jovens, aqueles com apenas cerca de 10 milhões de anos de idade. Esses jovens do universo devem preservar mais informações sobre sua formação, esperam os pesquisadores.

Fonte Eos