Tecnologia Científica

Astrônomos identificam novo método de formação de planetas
Os cientistas sugeriram uma nova explicação para a abundância em exoplanetas de massa intermediária - um enigma de longa data na astronomia.
Por Sarah Collins - 12/02/2021


Impressão artística do disco protoplanetário com linhas de campo magnético - Crédito: Jean Favre / CSCS

Nos últimos 25 anos, os cientistas descobriram mais de 4.000 planetas fora do nosso sistema solar. De mundos relativamente pequenos de rocha e água a gigantes gasosos extremamente quentes, esses planetas exibem uma variedade notável.

Essa variedade não é inesperada. Os modelos de computador que os cientistas usam para estudar a formação dos planetas também prevêem essa variedade. O que os modelos lutam para explicar é a distribuição em massa observada dos exoplanetas.

A maioria se enquadra na categoria de massa intermediária - planetas com massas de várias massas terrestres em torno da de Netuno. Mesmo em nosso próprio sistema solar, a formação de Urano e Netuno permanece um mistério.

Agora, cientistas das Universidades de Cambridge e Zurique, associados ao NCCR PlanetS suíço, propuseram uma explicação alternativa. Seus resultados são publicados na revista Nature Astronomy .

“Quando os planetas se formam a partir do chamado disco protoplanetário de gás e poeira, as instabilidades gravitacionais podem ser o mecanismo de acionamento”, disse o coautor, Professor Lucio Mayer, da Universidade de Zurique.

Nesse processo, a poeira e o gás no disco se aglomeram devido à gravidade e formam estruturas espirais densas. Estes então crescem em blocos de construção planetários e eventualmente planetas.

A escala em que esse processo ocorre é muito grande - abrangendo a escala do disco protoplanetário. “Mas em distâncias mais curtas - a escala de planetas individuais - outra força domina: a dos campos magnéticos se desenvolvendo ao lado dos planetas”, disse Mayer.

Esses campos magnéticos agitam o gás e a poeira do disco e influenciam a formação dos planetas.

“Para obter uma imagem completa do processo de formação planetária, é importante não apenas simular a estrutura espiral de grande escala no disco: os campos magnéticos de pequena escala em torno dos blocos de construção planetários em crescimento também devem ser incluídos”, disse o líder autor, Dr. Hongping Deng, do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica de Cambridge.

No entanto, as diferenças em escala e natureza da gravidade e magnetismo tornam as duas forças desafiadoras para integrar no mesmo modelo de formação planetária. Até agora, as simulações de computador que capturam bem os efeitos de uma das forças geralmente se dão mal com a outra.

Para ter sucesso, a equipe desenvolveu uma nova técnica de modelagem. Primeiro, eles precisavam de um conhecimento teórico profundo da gravidade e do magnetismo. Então, eles tiveram que encontrar uma maneira de traduzir o entendimento em um código que pudesse computar com eficiência essas forças contrastantes em uníssono. Finalmente, devido ao imenso número de cálculos necessários, um computador poderoso foi necessário - como o Piz Daint no Centro Nacional de Supercomputação da Suíça (CSCS). “Além dos insights teóricos e das ferramentas técnicas que desenvolvemos, éramos, portanto, também dependentes do avanço do poder de computação”, disse Mayer.

“Com nosso modelo, fomos capazes de mostrar pela primeira vez que os campos magnéticos tornam difícil para os planetas em crescimento continuarem acumulando massa além de um certo ponto”, disse Deng. “Como resultado, os planetas gigantes se tornam mais raros e os planetas de massa intermediária muito mais frequentes - semelhante ao que observamos na realidade.”

“Esses resultados são apenas um primeiro passo, mas eles mostram claramente a importância de considerar mais processos físicos nas simulações de formação de planetas”, disse o co-autor Ravit Helled da Universidade de Zurique. “Nosso estudo ajuda a entender os caminhos potenciais para a formação de planetas de massa intermediária que são muito comuns em nossa galáxia. Também nos ajuda a entender os discos protoplanetários em geral. ”

 

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