Oceanos de magma “comem” a atmosfera de exoplanetas

Fenômeno impediria que esses exoplanetas cresçam além de três vezes o tamanho da Terra

Netuno: a dificuldade para encontrar exoplanetas iguais ou maiores do que ele já teria uma explicação, segundo astrônomos americanos. Crédito: Nasa/JPL

O Sistema Solar tem tipos diversos de planetas, mas quem disse que não haveria outras variações nesses corpos celestes universo afora? Em 2014, por exemplo, o Telescópio Espacial Kepler, da Nasa, entregou aos cientistas uma relação de mais de 700 para estudar. Em vez de gigantes gasosos como Júpiter, que as pesquisas anteriores haviam captado primeiramente porque são mais fáceis de ver, esses planetas eram menores e, na maioria, rochosos.

Os cientistas notaram que havia muitos desses planetas do mesmo tamanho ou pouco maiores que a Terra, mas existia um corte acentuado antes de os planetas atingirem o tamanho de Netuno. “Esta é uma vantagem dos dados, e é bastante dramática”, disse Edwin Kite, cientista planetário da Universidade de Chicago (EUA). “O que temos discutido é por que os planetas tendem a parar de crescer além do triplo do tamanho da Terra.” Kite e colegas das universidades de Washington, Stanford e Estadual da Pensilvânia abordaram esse tema em artigo publicado em dezembro na revista “Astrophysical Journal Letters”.

No texto, os autores oferecem uma explicação inovadora para esse fenômeno: os oceanos de magma na superfície de tais planetas absorvem rapidamente suas atmosferas no momento em que esses corpos celestes atingem cerca de três vezes o tamanho da Terra – os chamados sub-Netunos (com raios entre 2,7 e 3 vezes o do nosso planeta).

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Pressão crescente

Segundo Kite, um estudioso da história de Marte e do clima de outros mundos, a maioria dos planetas um pouco menores que o tamanho mencionado tem oceanos de magma em suas superfícies – grandes mares de rocha derretida como os que outrora cobriram a Terra. Mas, em vez de se solidificarem como o nosso, eles são mantidos quentes por um manto espesso de atmosfera rica em hidrogênio.

“Até agora, quase todos os modelos ignoraram esse magma, tratando-o como inerte quimicamente, mas as rochas líquidas são quase tão fluidas quanto a água e muito reativas”, disse Kite.

A pergunta que Kite e seus colegas consideraram foi se, conforme os planetas adquiriam mais hidrogênio, o oceano poderia começar a dissolver a atmosfera. Nesse cenário, à medida que um sub-Netuno adquire mais gás, ele se acumula na atmosfera e a pressão no fundo, onde a atmosfera se encontra com o magma, começa a aumentar.

A princípio, o magma absorve o gás adicionado a uma taxa constante, mas à medida que a pressão aumenta, o hidrogênio começa a se dissolver muito mais rapidamente no magma. “Não apenas isso, mas o pouco do gás adicionado que permanece na atmosfera aumenta a pressão atmosférica e, assim, uma fração ainda maior do gás que chega mais tarde se dissolve no magma”, afirmou Kite. Assim, o crescimento do planeta para antes que ele atinja o tamanho de Netuno. (Como a maioria do volume desses planetas está na atmosfera, diminuir a atmosfera diminui os planetas.)

Os autores chamam isso de “crise de fugacidade”, após o termo que mede quanto mais facilmente um gás se dissolve em uma mistura do que o que seria esperado com base na pressão.

Perfis diferentes

A teoria se encaixa bem com as observações existentes, disse Kite. Há também vários marcadores que os astrônomos podem procurar no futuro. Por exemplo, se a teoria estiver correta, planetas com oceanos de magma que são frios o suficiente para se cristalizarem na superfície devem exibir perfis diferentes, pois isso impediria o oceano de absorver tanto hidrogênio. Pesquisas atuais e futuras de telescópios como o TESS devem fornecer aos astrônomos mais dados com os quais trabalhar.

“Nada como esses mundos existe em nosso sistema solar”, disse Kite. “Embora nosso trabalho sugira uma solução para um dos quebra-cabeças dos exoplanetas sub-Netuno, eles ainda têm muito a nos ensinar!”

“Este trabalho realmente destaca a necessidade de considerar um planeta em um sentido mais holístico: é a interação entre a atmosfera e o interior do planeta que controla o tamanho dos planetas nessa região do espaço paramétrico”, disse Laura Schaefer, professora da Universidade Stanford e coautora do estudo. “Cada vez mais trabalhos mostram que os limites entre as diferentes camadas de um planeta não são necessariamente tão nítidos e distintos quanto gostamos de imaginar”, acrescentou.

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