Quatro classes de sistemas exoplanetários

Os astrônomos há muito sabem que os sistemas planetários não são necessariamente estruturados como o nosso sistema solar. Pesquisadores das Universidades de Berna e Genebra, bem como do Centro Nacional de Competência em Pesquisa PlanetS, mostraram agora pela primeira vez que existem de facto quatro tipos de sistemas planetários.

Impressão artística das quatro classes de arquitetura do sistema planetário. Uma nova estrutura de arquitetura permite que o pesquisador estude todo um sistema planetário no nível dos sistemas. Se os pequenos planetas dentro de um sistema estavam próximos da estrela e os planetas massivos mais distantes, tais sistemas têm arquitetura ‘Ordenada’. Por outro lado, se a massa dos planetas em um sistema tende a diminuir com a distância da estrela, esses sistemas são ‘Anti-Ordenados’. Se todos os planetas de um sistema tiverem massas semelhantes, então a arquitetura desse sistema é ‘Similar’. Os sistemas planetários “misturados” são aqueles em que as massas planetárias apresentam grandes variações. A pesquisa sugere que os sistemas planetários que têm a mesma classe de arquitetura têm caminhos de formação comuns. © NCCR PlanetS, Ilustração: Tobias Stierli

Em nosso sistema solar, tudo parece estar em ordem: os planetas rochosos menores, como Vênus, Terra ou Marte, orbitam relativamente perto de nossa estrela. Os grandes gigantes do gás e do gelo, como Júpiter, Saturno ou Netuno, por outro lado, movem-se em órbitas amplas ao redor do sol. Em dois estudos publicados na revista científica Astronomy & Astrophysics, pesquisadores das Universidades de Berna e Genebra e do Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) PlanetS mostram que nosso sistema planetário é único a esse respeito.

Figura 2. Este diagrama esquemático (massa x distância) mostra as quatro classes de arquitetura: similar, anti-ordenada, mista e ordenada, dependendo de como uma quantidade (por exemplo, massa ou tamanho) varia de um planeta para outro, a arquitetura de um sistema pode ser identificada. Créditos: Mishra et al.

Como ervilhas em uma vagem

Lokesh Mishra, pesquisador na Universidade de Berna e Genebra, bem como no NCCR PlanetS, principal autor do estudo, explicou:

Mais de uma década atrás, os astrônomos notaram, com base em observações com o então inovador telescópio Kepler, que os planetas em outros sistemas geralmente se assemelham a seus respectivos vizinhos em tamanho e massa – como ervilhas em uma vagem. Mas por muito tempo não ficou claro se esse achado se devia a limitações dos métodos observacionais. Não foi possível determinar se os planetas em qualquer sistema individual eram semelhantes o suficiente para cair na classe dos sistemas de ‘ervilhas em uma vagem’, ou se eram bastante diferentes – assim como em nosso sistema solar.

Portanto, os pesquisadores desenvolveram uma estrutura para determinar as diferenças e semelhanças entre planetas dos mesmos sistemas. E ao fazer isso, descobriram que não existem duas, mas quatro dessas arquiteturas de sistema.

Impressão artística das quatro classes de arquitetura do sistema planetário. Esta nova divisão dos sistemas planetários permite que os pesquisadores classifiquem os sistemas planetários pelo nível da sua arquitetura sistêmica. Se os pequenos planetas dentro de um sistema estiverem próximos da estrela e os planetas massivos mais distantes, tais sistemas têm arquitetura ‘Ordenada’. Por outro lado, se a massa dos planetas em um sistema tende a diminuir com a distância da estrela, esses sistemas são ‘Anti-Ordenados’. Se todos os planetas de um sistema tiverem massas semelhantes, então a arquitetura desse sistema é ‘Similar’. Os sistemas planetários “mistos” são aqueles em que as massas planetárias apresentam grandes variações. A pesquisa sugere que os sistemas planetários que têm a mesma classe de arquitetura têm caminhos de formação comuns. © NCCR PlanetS, Ilustração: Tobias Stierli

Quatro classes de sistemas planetários

Mishra e coautores denominaram essas quatro classes de:

• ‘semelhantes’
• ‘ordenadas’
• ‘anti-ordenadas’
• ‘mistas’

Os sistemas planetários nos quais as massas dos planetas vizinhos são semelhantes entre si, têm arquitetura semelhante. Sistemas planetários ordenados são aqueles em que a massa dos planetas tende a aumentar com a distância da estrela – assim como no nosso sistema solar. Se, por outro lado, a massa dos planetas diminui aproximadamente com a distância da estrela, os pesquisadores falam de uma arquitetura anti-ordenada do sistema. E arquiteturas mistas ocorrem, quando as massas planetárias em um sistema variam muito de planeta para planeta.

Tabela 2 – Tipos de arquiteturas para alguns sistemas planetários conhecidos. Créditos: Mishra et al.

O coautor do estudo Yann Alibert, professor de Ciências Planetárias da Universidade de Berna e do NCCR PlanetS, afirmou:

Esta estrutura também pode ser aplicada a quaisquer outras medições, como raio, densidade ou frações de água. Agora, pela primeira vez, temos uma ferramenta para estudar os sistemas planetários como um todo e compará-los com outros sistemas.

As descobertas também levantam questões: qual arquitetura é a mais comum? Quais fatores controlam o surgimento de um tipo de arquitetura? Quais fatores não desempenham um papel? Algumas delas, os pesquisadores podem responder.

Uma ponte que abrange bilhões de anos

Nossos resultados mostram que sistemas planetários ‘semelhantes’ são o tipo mais comum de arquitetura. Cerca de oito em cada dez sistemas planetários em torno de estrelas visíveis no céu noturno têm uma arquitetura ‘semelhante’. Isso também explica por que evidências dessa arquitetura foram encontradas nos primeiros meses da missão Kepler. Lokesh Mishra

O que surpreendeu a equipe foi que a arquitetura “ordenada” – aquela que também inclui o sistema solar – parece ser a classe mais rara.

Segundo Mishra, há indícios de que tanto a massa do disco de gás e poeira de onde emergem os planetas, quanto a abundância de elementos pesados ​​na respectiva estrela desempenham um papel.

A partir de discos de poeira de estrelas pequenos e de baixa massa, com poucos elementos pesados, surgem sistemas planetários ‘semelhantes’. Discos grandes e massivos com muitos elementos pesados ​​na estrela dão origem a sistemas mais ordenados e anti-ordenados. Sistemas mistos emergem de discos de poeira de tamanho médio. Interações dinâmicas entre planetas, como colisões ou ejeções, influenciam a arquitetura final.
Lokesh Mishra

Um aspecto notável desses resultados é que eles vinculam as condições iniciais da formação planetária e estelar a uma propriedade mensurável: a arquitetura do sistema. Bilhões de anos de evolução se estendem entre eles. Pela primeira vez, conseguimos superar essa enorme lacuna temporal e fazer previsões testáveis. Será emocionante ver se as previsões irão se manter. Yann Alibert

Artigos Científicos

L. Mishra, Y. Alibert, S. Udry, C. Mordasini, “A framework for the architecture of exoplanetary systems. I. Four classes of planetary system architecture”, Astronomy and Astrophysics, Dezembro 2022 https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202243751 DOI: 10.1051/0004-6361/202243751

L. Mishra, Y. Alibert, S. Udry, C. Mordasini, “A framework for the architecture of exoplanetary systems. II. Nature versus nurture: Emergent formation pathways of architecture classes”, Astronomy and Astrophysics, Dezembro 2022 https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202244705 DOI: 10.1051/0004-6361/202244705

Research Highlight Article in Nature Astronomy: Maltagliati, L. “Finding order in planetary architectures”, Nat Astron 7, 8 (20230). https://www.nature.com/articles/s41550-023-01895-0 DOI: 10.1038/s41550-023-01895-0

Fonte

Universidade de Berna: Four classes of planetary systems

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