Uma colisão entre dois planetas em formação poderia ajudar, contra todas as expectativas, a conservar a atmosfera. Esse resultado parece paradoxal: tal choque, no entanto, libera energia suficiente para aquecer fortemente as rochas e favorecer a fuga dos gases para o espaço.
É o que mostra um estudo publicado na Nature Astronomy por Darius Modirrousta-Galian, da Universidade Jiao Tong de Xangai, e Jun Korenaga, da Universidade Yale.
Representação artística de uma colisão entre dois corpos rochosos, um do tamanho da Lua e outro do tamanho de Mercúrio, no jovem sistema da estrela HD 172555.
Crédito: NASA/JPL-Caltech.
Ao redor de uma estrela jovem, poeira e rochas se aglomeram gradualmente. Alguns desses corpos acabam colidindo e se fundindo. Durante esse período, um planeta também pode capturar um envelope de gás, composto principalmente de hidrogênio e hélio, proveniente do disco que ainda envolve sua estrela. É o que se chama de atmosfera primordial, muito diferente do ar que respiramos na Terra.
Por que um impacto não necessariamente expulsa os gases?
Dois efeitos opostos intervêm durante uma colisão de grandes proporções. De um lado, o choque libera uma quantidade considerável de energia. As camadas rochosas do planeta se aquecem e podem transferir seu calor para a atmosfera. Os gases então se expandem, o que facilita sua fuga para o espaço.
Por outro lado, o planeta ganha matéria ao absorver o objeto que o atingiu. Sua massa aumenta, e fica mais difícil para os gases escaparem de sua atração gravitacional.
Os pesquisadores modelaram a evolução de um planeta rochoso após um impacto gigante, levando em conta esses dois efeitos. Sua constatação: toda a massa adicionada contribui para reter melhor a atmosfera, mas nem toda a energia do choque é usada para aquecer as rochas que se encontram abaixo dela.
Parte dessa energia é consumida para derreter as rochas do manto, a camada situada entre a superfície e o núcleo. Essa fusão exige energia sem se traduzir inteiramente em um aumento da temperatura. Além disso, o núcleo metálico do objeto impactante pode afundar no planeta e permanecer extremamente quente em profundidade, sem transferir imediatamente a maior parte de seu calor para o manto.
Nas condições estudadas, o fortalecimento da gravidade pode, portanto, superar o aquecimento que favorece a perda dos gases.
Uma pista para explicar duas grandes famílias de exoplanetas
Essa descoberta teórica poderia explicar uma particularidade dos planetas observados ao redor de outras estrelas. Os astrônomos detectam muitas super-Terras, planetas mais massivos que a Terra, e sub-Netunos, geralmente maiores e cercados por um espesso envelope gasoso.
Segundo o cenário proposto, os planetas que crescem após grandes colisões poderiam conservar mais facilmente um envelope rico em hidrogênio e se tornar sub-Netunos. Por outro lado, planetas rochosos que permaneceram menores poderiam perder seus gases primitivos sob o efeito prolongado da radiação de sua estrela, especialmente de suas emissões mais energéticas.
O modelo prevê, assim, que os sub-Netunos possuem, em média, interiores rochosos mais massivos que as super-Terras. Essa diferença não estaria, portanto, ligada apenas à presença ou ausência de gases, mas também à história das colisões que moldaram esses mundos.
Trata-se, contudo, de uma explicação baseada em cálculos teóricos. As medições de massa e raio dos exoplanetas poderão ajudar a testar as diferenças de estrutura previstas pelos pesquisadores.