Sistemas planetários como o nosso Sistema Solar levam centenas de milhões de anos a evoluir. Tendo em conta que a humanidade existe apenas há uma minúscula fração desse tempo, os astrónomos só observaram sistemas planetários no seu nascimento ou, mais frequentemente, muito depois de terem atingido a maturidade. Há uma lacuna de informação acerca do que acontece no meio.

Mas, em breve, essa compreensão irá mudar. Pela primeira vez, os astrónomos podem caracterizar em detalhe o adolescente sistema planetário TOI-2076 desde a sua descoberta em 2020. O sistema, observado em plena transição, oferece uma nova perspetiva sobre esta outrora misteriosa fase evolutiva.

O artigo científico, publicado na revista Nature Astronomy, observa e modela potenciais marcadores da adolescência cósmica usando evidências importantes: a separação de um sistema planetário outrora denso e compacto e a evaporação dinâmica das atmosferas dos planetas causada pela intensa radiação estelar.

Howard Chen, professor assistente do Instituto de Tecnologia da Flórida, que usa modelos de computador para ilustrar e estimar a evolução planetária, é coautor do artigo científico com um grupo global de investigadores (incluindo astrónomos do Instituto de Tecnologia da Califórnia, da Universidade do Hawaii e da Universidade de Nanjing) para testar a capacidade dos modelos em corresponder ao resultado deste sistema a partir de origens simuladas. Os seus cálculos fornecem uma forte compreensão da fugaz transição entre juventude e maturidade planetárias em todo o Universo.

"O período de transformação é muito curto em comparação com a vida total do sistema", disse Chen. "Esse período é realmente fundamental para determinar como ficará quando atingir a maturidade".

Os quatro planetas do sistema orbitam uma jovem estrela anã K – com "apenas" 210 milhões de anos, uma adolescente em termos cósmicos. Usando telescópios terrestres e dados da missão TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, os cientistas descobriram que os planetas estão espaçados com uma sequência orbital quase consistente, indicando que já estiveram muito próximos uns dos outros, mas que se estão a afastar lentamente. Também descobriram que todos os planetas têm núcleos rochosos semelhantes com uma variedade de atmosferas diferentes: o planeta mais interior perdeu completamente os seus gases originais, enquanto os três exteriores mantiveram as suas atmosferas.

Chen previu que a perda gradual das atmosferas originais foi impulsionada por um processo chamado fotoevaporação. Isto ocorre quando a poderosa radiação de uma fonte de energia, como uma estrela, aquece a atmosfera de um planeta até que o gás escape para o espaço. Os planetas que estão mais próximos da estrela e, portanto, recebem maiores quantidades de radiação, perderiam mais gás e ficariam com mais rocha do que os seus homólogos mais distantes.

Ele decidiu usar os seus existentes modelos de evolução para simular como a fotoevaporação moldaria a evolução de planetas semelhantes, desde a origem até à adolescência, todos nascidos com a mesma composição inicial de rocha e gás. Será que a sua simulação produziria o mesmo resultado observado na vida real?

Sim. Na sua simulação, Chen descobriu que os planetas evoluíram naturalmente para um estado semelhante ao observado no sistema real. Portanto, pôde supor que a fotoevaporação estava em ação; a radiação da estrela do sistema foi o que transformou alguns planetas em rochas nuas, enquanto deixou outros com uma atmosfera gasosa. Os modelos também indicaram que a massa do planeta, que muda com a perda de gás, contribuiu para o distanciamento gradual dos planetas numa sequência orbital.

Como alguém que trabalha principalmente com modelos teóricos, Chen está entusiasmado com o facto de as suas simulações corresponderem à realidade observada.

"Para mim, o objetivo de entrar na modelação é poder estar em sintonia com as observações. Queremos que os nossos modelos digam algo sobre o mundo real, mas isso nem sempre acontece", disse. "Ver o modelo a funcionar no mundo real e explicar o que está a acontecer é muito impactante".

A simulação também forneceu indicações de quanto tempo leva para um sistema atingir a adolescência, sugerindo que a maior parte da perda atmosférica ocorre nos primeiros 100 milhões de anos de vida de um sistema. Após esse ponto, a formação do sistema estabiliza-se e assim permanece por milhares de milhões de anos.

O modelo de Chen, agora atualizado com estas novas descobertas, ajudará os astrónomos a desvendar a história dos sistemas planetários mais antigos. Também pode orientar as previsões de como os planetas jovens que descobriram acabarão por evoluir.

Observar TOI-2076 em plena evolução foi um feito raro que rendeu descobertas extremamente valiosas. Compreender quando um sistema planetário atinge a sua transformadora adolescência - e qual o seu aspeto - fornece um instantâneo crítico de como os sistemas infantis evoluem e se estabelecem nas configurações estáveis observadas em torno de estrelas mais antigas. A nova ligação ajudará a ilustrar uma imagem mais clara de como os sistemas planetários, incluindo aqueles como o nosso, amadurecem.

// Instituto de Tecnologia da Flórida (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv)

Quer saber mais?

TOI-2076:
NASA Exoplanet Archive
TOI-2076 b (NASA)
TOI-2076 b (Exoplanet.eu)
TOI-2076 c (NASA)
TOI-2076 c (Exoplanet.eu)
TOI-2076 d (NASA)
TOI-2076 d (Exoplanet.eu)
TOI-2076 e (NASA)
TOI-2076 e (Exoplanet.eu)

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu

Fotoevaporação:
Wikipedia

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite):
NASA
NASA/Goddard
Programa de Investigadores do TESS (HEASARC da NASA)
MAST (Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais)
Exoplanetas descobertos pelo TESS (NASA Exoplanet Archive)
Wikipedia