À medida que os planetas-oceano gelados e ricos em água migram em direção à sua estrela, o gelo derrete e acaba por formar uma espessa atmosfera de vapor de água, o que aumenta o seu raio.
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Conforme esses planetas se aproximam de sua estrela central, a evaporação da água congela e forma uma atmosfera que os faz parecer maiores do que no estado congelado, muito além de um raio terrestre duplo. Simultaneamente, pequenos planetas rochosos, maiores que a Terra, perdem gradualmente parte de sua atmosfera gasosa original, o que leva a uma diminuição significativa de seu raio. Esses resultados abrem novas perspectivas para o estudo das exoplanetas. Eles podem ser descobertos em Nature Astronomy.
Em 2017, o telescópio espacial Kepler revelou a ausência de planetas com tamanho de cerca de dois raios terrestres. Essa "lacuna" na distribuição dos raios dos planetas é chamada de "racha subneptuniano". "Sua existência é uma das restrições observacionais mais importantes para entender a origem e a composição das exoplanetas cujo raio está entre o da Terra e o de Netuno", explica Julia Venturini, bolsista Ambizione da FNS, colaboradora científica no Departamento de Astronomia da UNIGE, membro do PRN PlanetS e coautora do estudo. "Como outros grupos de pesquisa, tínhamos previsto com base em nossos cálculos, antes mesmo das observações de 2017, que tal racha deveria existir", acrescenta Christoph Mordasini, professor na divisão de pesquisa espacial e ciências planetárias (WP) da UNIBE, membro do PRN PlanetS e coautor do estudo.
De onde vem o racha subneptuniano?
Dois tipos de exoplanetas ocupam o intervalo de raio entre um e quatro raios terrestres. Por um lado, planetas rochosos - as "super-Terras" - maiores que a Terra. Por outro lado, planetas gasosos chamados planetas subneptunianos (ou mini-Netunos) que, entre eles, os planetas-oceano, poderiam abrigar uma quantidade de água tão significativa que sua superfície estaria coberta por um oceano congelado de várias dezenas de quilômetros de profundidade. Entre esses dois tipos de planetas, os astrônomos descobrem muito poucos com um raio duas vezes o da Terra.
Para explicar a aparição dessa "racha", o mecanismo mais frequentemente sugerido é que os planetas perdem parte de sua atmosfera original sob o efeito da irradiação da estrela. "Essa explicação pressupõe que os planetas se formam e permanecem muito próximos de sua estrela, onde seriam secos, sem água", esclarece Julia Venturini. "No entanto, essa explicação contradiz os modelos de formação, que mostram que os planetas de um tamanho entre dois e quatro raios terrestres, os planetas-oceano, geralmente provêm das regiões geladas mais distantes do sistema estelar".
Muitos indícios sugerem, portanto, que alguns planetas podem se afastar de seu local de nascimento ao longo de sua evolução, migrando para dentro ou para fora de seu sistema. Essa migração permitiria que os planetas nascidos em regiões frias e geladas, como os planetas-oceano, terminassem sua formação em órbitas muito próximas de sua estrela.
Planetas-oceano errantes
À medida que os planetas-oceano gelados e ricos em água migram em direção à sua estrela, o gelo derrete e acaba formando uma espessa atmosfera de vapor de água. Esse processo resulta em um aumento de seu raio para valores ligeiramente mais elevados, além de um raio terrestre duplo. Inversamente, as super-Terras, pobres em água, "encolhem" ao perder os gases voláteis de sua atmosfera original, como hidrogênio e hélio, sob a influência da estrela.
Modelos computacionais combinados de formação e evolução indicam assim que a migração dos planetas-oceano contribui significativamente para o grande número de planetas detectados com raio maior que o dobro do raio terrestre, enquanto a evaporação atmosférica das super-Terras contribui para o excesso de planetas menores que dois raios terrestres. No centro destas duas populações encontra-se o racha subneptuniano. "Já tínhamos obtido esse resultado em 2020. O novo estudo confirma com um modelo de formação diferente. Isso reforça a conclusão de que os planetas subneptunianos são principalmente mundos de água". esclarece Julia Venturini, que também dirigiu o estudo de 2020.
Outros trabalhos a caminho
Além de explicar um fenômeno até então misterioso, esses trabalhos abrem novas perspectivas para o estudo das exoplanetas. "Se estendêssemos nossos resultados a regiões mais temperadas, onde a água é líquida, isso poderia sugerir a existência de mundos aquáticos com oceanos líquidos profundos", explica Christoph Mordasini. "Tais planetas poderiam potencialmente abrigar vida e constituiriam alvos relativamente simples para a pesquisa de biomarcadores devido ao seu tamanho".
Observações com telescópios como o James Webb Space Telescope ou o Extremely Large Telescope, em construção, também poderiam ser úteis. Eles permitiriam determinar a composição atmosférica das planetas em função do seu tamanho, o que possibilitaria testar as simulações descritas.