Atmosfera de exoplaneta desafia teorias de formação planetária

Uma pesquisa recente, publicada na The Astrophysical Journal Letters, revelou uma surpreendente discrepância na composição atmosférica de um exoplaneta em desenvolvimento, o PDS 70b, em comparação com o disco de gás e poeira onde se acredita que ele tenha se formado. A descoberta desafia o entendimento tradicional sobre como os planetas se originam em torno de estrelas jovens.

A equipe de astrônomos, liderada por Chih-Chun "Dino" Hsu, do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA) da Universidade Northwestern, utilizou o Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) no Observatório W.M. Keck, no Havaí. Este novo instrumento possibilitou analisar o espectro de luz emitido por PDS 70b, um planeta ainda em processo de formação que orbita uma estrela jovem a cerca de 366 anos-luz da Terra.

Tradicionalmente, a hipótese nebular sugere que sistemas planetários se formam a partir do colapso gravitacional de nuvens de gás e poeira, dando origem a uma estrela central e a um disco protoplanetário ao seu redor. Esperava-se que a composição dos planetas formados nesse disco fosse semelhante à do próprio disco. No entanto, a análise de PDS 70b mostrou o contrário.

Segundo Jason Wang, professor assistente de física e astronomia da Northwestern, que orientou Hsu, esta é a primeira vez que se pode comparar diretamente a composição de um exoplaneta em formação com a do disco onde ele se originou. Ele destaca a importância das novas tecnologias fotônicas, co-desenvolvidas por Wang, que tornaram possível a obtenção de espectros detalhados de objetos tênues perto de estrelas brilhantes.

A análise espectral de PDS 70b revelou a presença de monóxido de carbono e água. Ao calcular a proporção de carbono em relação ao oxigênio na atmosfera do planeta, os pesquisadores encontraram uma discrepância significativa em relação ao disco protoplanetário. O planeta apresentou uma quantidade de carbono relativamente menor do que o esperado, indicando que a formação planetária pode ser mais complexa do que se imaginava anteriormente.

Para explicar essa diferença, a equipe propôs duas hipóteses:

• O planeta pode ter se formado antes que o disco se tornasse rico em carbono.
• O planeta pode ter crescido principalmente absorvendo grandes quantidades de materiais sólidos, além de gases.

A pesquisa levanta a possibilidade de que, além da acreção de gás, a absorção de materiais sólidos, como gelo e poeira, desempenhe um papel crucial na formação dos planetas e em sua composição atmosférica. Hsu ressalta que a visão simplificada da formação planetária, que assumia uma correspondência entre a composição do disco e do planeta, agora precisa ser revisada.

Wang adiciona que a análise comparativa entre gás e gás pode não ser suficiente, pois os componentes sólidos podem ter um grande impacto na proporção de carbono para oxigênio. Os pesquisadores planejam obter mais espectros de outros planetas no mesmo sistema, como o PDS 70c, para aprofundar sua compreensão sobre o processo de formação planetária.

O estudo completo está disponível em PDS 70b Shows Stellar-like Carbon-to-oxygen Ratio.