O exoplaneta Kepler-1520b está tão perto de sua estrela hospedeira que completa uma órbita em pouco mais de meio dia. Nessa proximidade, o Kepler-1520b é preso em uma estabilidade gravitacional, mantendo uma metade do planeta de frente para a estrela e a outra metade virada para o outro lado o tempo todo. Infelizmente para Kepler-1520b, este arranjo transforma o lado virado para a frente do planeta em uma massa agitada de mares de rocha e magma derretidos, vagarosamente evaporando no espaço.
Mesmo que o Kepler-1520b não seja longo para esta galáxia, os astrônomos estão ansiosos para aprender mais sobre o mundo em desintegração, posicionado a cerca de 2.000 anos-luz da Terra. A cauda de poeira e detritos do cometa dos planetas poderia fornecer informações sobre o processo de formação fundamental de todos os planetas da galáxia. Novos telescópios, como o Telescópio Espacial James Webb, da NASA, com lançamento previsto para 2021, podem ser capazes de sondar a nuvem por trás do Kepler-1520b e outros dois mundos que se desintegram lentamente.
"A composição em um sistema de exoplaneta pode ser substancialmente diferente do sistema solar", diz Eva Bodman, pesquisadora de exoplanetas da Universidade Estadual do Arizona. À medida que mais e mais exoplanetas são descobertos, os astrônomos ficam impressionados com a aparência única de nosso sistema solar de outros planetas que orbitam outras estrelas. Bodman decidiu determinar se era possível medir a composição de um exoplaneta pequeno, rochoso e desintegrado, estudando os destroços que viajavam em seu rastro. Mas havia um problema.
Observar a impressão digital de elementos rochosos requer estudar os mundos em infravermelho. Os telescópios terrestres não são sensíveis o suficiente para detectá-los, deixando apenas o Telescópio Espacial Spitzer, da NASA, e SOFIA, um telescópio transportado acima da atmosfera a bordo de um Boeing 747. Nenhum instrumento tem o alcance para procurar o material rochoso. diz. Mas James Webb, projetado para estudar exoplanetas tanto em galáxias infravermelhas quanto antigas e os objetos mais distantes do universo, deve ser capaz de espiar através das nuvens de detritos e identificar alguns de seus ingredientes.
O Telescópio Espacial James Webb, programado para ser lançado em 2021, pode ser poderoso o suficiente para medir as composições interiores dos exoplanetas rochosos à medida que são dilacerados por suas estrelas. (NASA) "Webb seria capaz de medir a abundância relativa de diferentes minerais", diz Bodman. "A partir disso, podemos inferir que a geoquímica do interior desses planetas era antes de começarem a se desintegrar". As descobertas de Bodman e sua equipe sobre a viabilidade de estudar exoplanetas em desintegração foram publicadas no Astronomical Journal no final do ano passado.
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Em 2012, os cientistas que revisaram dados do telescópio espacial Kepler da NASA encontraram sinais de um mundo sendo lentamente destruído pelo calor e pela pressão, Kepler-1520b. Mais dois planetas triturados foram encontrados nos anos seguintes entre os milhares de exoplanetas descobertos pelo Kepler e sua missão estendida, o K2. Circulando suas estrelas em apenas algumas horas, esses corpos rochosos possuem temperaturas de até 4.200 graus Celsius (7, 640 graus Fahrenheit) nas regiões superaquecidas voltadas para as estrelas.
As temperaturas extremas impulsionam a dissolução do planeta. "A atmosfera é apenas vapor de rocha", diz Bodman. "É o calor do planeta que está empurrando essa atmosfera de vapor de rocha."
A radiação produzida pelas estrelas empurra as atmosferas vaporizadas do planeta, criando uma cauda turva. Embora Kepler não tenha sido capaz de medir diretamente o tamanho dos planetas, as simulações sugerem que eles estão entre o tamanho da lua e Marte. Qualquer mais compacto, e o processo de desintegração é desligado.
Esses objetos nem sempre eram tão pequenos e murchados, no entanto. Kepler-1520b e os outros dois objetos como ele são considerados como gigantes gasosos, após o que eles migraram em direção a suas estrelas hospedeiras e foram desmontados até o núcleo rochoso.
Nos últimos anos, os cientistas de exoplanetas fizeram grandes avanços estudando as atmosferas de planetas grandes e gasosos que orbitam outras estrelas. A maior parte desse material é rica em hidrogênio e hélio e pode ser identificada usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA. Mas os materiais rochosos caem em uma parte diferente do espectro, "em comprimentos de onda que o Hubble não pode alcançar atualmente", diz Knicole Colon, astrofísico pesquisador do Goddard Space Flight Center da NASA, em Maryland, que estudou o planeta K2-22 em desintegração. "Com James Webb, poderíamos sair para esses comprimentos de onda."
Usando Webb para procurar materiais como ferro, carbono e quartzo, os astrônomos obteriam uma melhor compreensão sobre o que está acontecendo em mundos distantes. "Se pudéssemos detectar qualquer uma dessas características, poderíamos dizer com alguma certeza o que esses corpos rochosos são feitos", diz Colon. "Isso definitivamente poderia ser muito informativo para entender exoplanetas rochosos em geral."
Os planetas se formam a partir da nuvem de poeira e gás que sobrou após o nascimento de uma estrela. Os cientistas acreditam que os mundos do sistema solar foram criados por um processo conhecido como acreção de seixos, no qual pequenos pedaços de poeira e gás se juntam para formar objetos maiores e maiores. Eventualmente, os núcleos dos gigantes gasosos crescem o suficiente para atrair gás residual, formando suas densas atmosferas. Mas os passos exatos continuam difíceis de definir.
O interior dos planetas em torno de outras estrelas variaria dependendo dos elementos encontrados naquele ambiente particular. A classificação dessas diferenças poderia ajudar os pesquisadores a entender melhor esses primeiros passos tentadores da formação do planeta.
Uma representação artística de um exoplaneta rochoso do tamanho da Terra orbitando outra estrela. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) "Não há razão para que o sistema solar seja diferente dos exoplanetas e vice-versa", diz Colon. "Somos todos planetas, então todos nós nos formamos de maneiras possivelmente semelhantes. Entender esses planetas é outro passo no processo para o quadro maior."
Mas mesmo com processos de formação semelhantes, Bodman suspeita que planetas ao redor de outras estrelas podem não parecer tão familiares. "A composição em um sistema de exoplaneta pode ser substancialmente diferente do sistema solar", diz ela.
Embora Webb possa apenas extrair informações sobre a composição de exoplanetas, instrumentos avançados podem, um dia, permitir que planetas em desintegração revelem ainda mais sobre si mesmos. À medida que os planetas desaparecem, os astrônomos podem ter uma visão sem precedentes de seus interiores, possivelmente até o núcleo. "Em teoria, poderíamos saber mais sobre esses exoplanetas do que sobre a Terra e, definitivamente, mais do que os outros planetas do sistema solar", diz Bodman.
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Ao contrário das estrelas, que podem brilhar por dezenas de bilhões de anos, os mundos fragmentados só ficam por um tempo relativamente curto. Simulações sugerem que planetas como o K2-22 têm apenas 10 milhões de anos antes de serem completamente destruídos. E como todos os três mundos orbitam estrelas com bilhões de anos, eles provavelmente não estão em suas posições atuais há muito tempo.
Bodman e Colon acreditam que os planetas condenados provavelmente se formaram em seu sistema e migraram para o interior ao longo do tempo. Interações com outros planetas poderiam tê-los lançado em suas trajetórias fatídicas, embora todos esses três planetas em desintegração sejam os únicos satélites conhecidos de suas estrelas hospedeiras. Bodman diz que é provável que os mundos tenham recentemente começado a fechar uma órbita de suas estrelas, mas como eles chegaram lá permanece uma questão em aberto.
O curto tempo de vida de um planeta em desintegração - apenas um lampejo na vida mais longa de uma estrela - é provavelmente o motivo pelo qual tão poucos desses mundos foram encontrados. "Eles são definitivamente raros", diz Bodman.
Ambas as mulheres concordam que há uma boa chance de que outro ou dois exoplanetas em desintegração estejam contidos nos dados do Kepler, especialmente os resultados mais recentes do K2. E o recém-lançado Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), que já encontrou centenas de novos planetas, produzirá ainda mais.
"Acho que levará algum tempo para analisar tudo, mas espero encontrar mais", diz Colon.
