Estrelas binárias formam muitos exoplanetas, mas muitos deles são ejetados como planetas desordeiros

A ilustração deste artista mostra um sistema estelar binário. Enquanto os astrônomos pensavam por muito tempo que os planetas lutariam para se formar nesses sistemas, isso pode não ser verdade. Nova pesquisa diz que é provável que o contrário seja verdade. Os astrônomos não precisam trabalhar duro para encontrar estrelas binárias na Via Láctea. São comuns, até abundantes. Durante muito tempo, eles pensaram que estas estrelas não seriam capazes de hospedar exoplanetas. O complexo ambiente gravitacional tornou as coisas tão caóticas, que o pensamento foi, que o processo de formação do planeta foi interrompido. A gravidade concorrente puxa de ambas as estrelas causando estragos no disco protoplanetário, deformando-o ou até destruindo-o. Isto pode evitar que o gás e a poeira se agrupem. Quando os planetaesimais raros se formam nestes sistemas, eles são propensos a chutes gravitacionais que podem ejetá-los para o espaço interestelar. No entanto, nos últimos anos, os astrônomos detectaram várias dúzias de exoplanetas circunbinares. Como é que o processo de formação do planeta se desenrola nestes ambientes, e que tipo de planetas são susceptíveis de se formar lá? * A ilustração deste artista mostra Kepler-16b, o primeiro exoplaneta confirmado em um disco circunbinário. Ele orbita um par binário que consiste em um M-dwarf (anã vermelha) e uma estrela mais maciça do tipo K, também chamado de anã laranja. Mostra que exoplanetas em sistemas binários podem ser comuns, afinal. Intitula-se "A formação de planetas circunbinários através da fragmentação do disco", e é publicado nas notificações mensais da Royal Astronomical Society. Os autores são Matthew Teasdale e Dimitris Stamatellos, ambos do Instituto Jeremiah Horrocks de Matemática, Física e Astronomia da Universidade de Lancashire, no Reino Unido. Existem dois caminhos primários de formação do planeta. Uma delas é a acreção, e se aplica aos mundos rochosos. Começa com grãos de poeira grudando em um disco protoplanetário até se formar seixos. Então os seixos se fundem para se tornarem rochas, depois pedras, depois um planetesimal. O planetesimal pode continuar a crescer e até mesmo atrair uma atmosfera. Este é um processo lento e ascendente. O outro processo é um processo de topo para baixo chamado instabilidade de disco ou fragmentação de disco. Neste cenário, as instabilidades formam-se no disco em torno de uma estrela, e regiões colapsam em densidades. Isto é semelhante a como as estrelas se formam, e pode descrever como os gigantes gasosos se formam. Pode acontecer rapidamente, em apenas alguns milhares de anos, possivelmente. O processo de fragmentação do disco é o foco dos pesquisadores. "Mais de 50 exoplanetas circunbinários foram descobertos nos últimos anos, sendo vários deles gigantes gasosos em órbitas largas (>10 au)," escrevem os autores. "O objetivo deste trabalho é investigar se esses planetas podem se formar através da fragmentação do disco circunbinário devido à instabilidade gravitacional." Existem dois tipos de discos em um sistema binário. Um tipo é o disco circunestelar, e um cerca cada estrela. O outro tipo é o disco circunbinário, e envolve ambas as estrelas. Os pesquisadores simularam ambos os tipos com temperaturas diferentes para ver como os planetas poderiam se formar em ambos. "Fizemos simulações hidrodinâmicas de discos circunestelares marginalmente instáveis (i), discos circunestelares (ii) com o mesmo perfil de temperatura que os discos circunestelares (modelo fiducial) e discos circunbinários realistas aquecidos individualmente por cada estrela do binário", escrevem os autores. O modelo fiducial é a linha de base a que os outros discos são comparados. É como o grupo de controlo num estudo duplo-cego. * Estes são alguns instantâneos da simulação de discos circunbinários realistas com 5 separações au. Cada coluna é para diferentes razões de massa binária, e as duas linhas representam excentricidades binárias diferentes. Diferentes números de planetas com diferentes massas e separações formam-se em cada um. MNRAS Esta pesquisa não contraria totalmente a ideia de que a região perto de estrelas binárias é muito caótica para permitir que planetas se formem. Em vez disso, sugere que em grandes distâncias, a instabilidade gravitacional ainda pode acontecer e os planetas ainda podem se formar. “Perto de uma estrela binária, é simplesmente demasiado violento para os planetas se formarem,” disse o Dr. Matthew Teasdale, que liderou a pesquisa como parte de seu projeto de doutorado. “Mas vá mais longe e o disco se torna um ambiente ideal para a formação do planeta.” "Encontramos que discos em torno de binários com separações mais amplas se fragmentam mais cedo e mais eficientemente do que aqueles em torno de binários mais próximos, e mais cedo do que discos circunestelares", escrevem os pesquisadores em seu artigo. Discos circunbinários realistas formaram o maior número de planetas nas simulações, .9 +/- 0,9 protoplanetas por disco. Discos circunbinários fiduciais formaram 6,5 +/- 0,6 protoplanetas por disco, e discos circunestelares formaram 7,5 +/- 0,8 protoplanetas por disco. As massas planetárias também eram diferentes entre os cenários. Na simulação circunbinar realista, as massas planetárias eram inferiores às dos discos circunestelares. Mais deles estão na faixa de massa planetária, o que significa que estes discos são susceptíveis de formar gigantes gasosos em vez de anãs marrons ou estrelas de baixa massa. Os planetas estão em grandes separações, o que não é surpreendente. "A fragmentação ocorre predominantemente além de uma região proibida de imposição binária de ~50 au, levando ao pico de raios orbitais finais em ~100 au", escrevem os autores. Mas há más notícias para planetas que se formam em torno de um disco circunbinário. Como estes planetas formam um sistema n-corpo com o par de estrelas, as suas interações gravitacionais não são estáveis e previsíveis, levando a ejeções. "Também encontramos que em discos circunbinários as interações dinâmicas ejetam uma fração maior de protoplanetas do que em discos circunestelares, produzindo objetos de flutuação livre, com velocidades de ejeção na ordem de 2-6 kms-1", escrevem os autores. * As ilustrações deste artista mostram um planeta desonesto à deriva pelo espaço, desamparado para qualquer estrela. Pode haver mais planetas desonestos na Via Láctea do que planetas ligados aos sistemas solares. Muitos desses planetas poderiam ter se originado em discos circunbinários. Hurt* “Estrelas binárias já foram vistas como ambientes hostis para a formação do planeta”, coautor Dr. Dimitris Stamatellos disse num comunicado de imprensa. "O que estamos descobrindo é que eles podem ser extremamente produtivos. Depois de passar pela zona de perigo, os planetas podem se formar rapidamente e em grande número.” Os resultados mostram que gigantes gasosos são mais propensos a se formar devido à fragmentação em discos circunbinários do que discos circunestelares com as mesmas massas estelares. É porque os discos circunbinários fragmentam-se em massas de discos inferiores e formam mais protoplanetas do que a mesma massa num disco circunestelar. A massa disponível no disco é distribuída entre um número maior de planetas. "Concluimos, portanto, que a fragmentação impulsionada pela instabilidade gravitacional representa um canal de formação viável e potencialmente significativo para planetas gigantes gasosos circunbinários", escrevem os autores. Evan Gough Evan Gough é um cara que ama ciências sem educação formal que ama a Terra, florestas, caminhadas e música pesada. Ele é guiado pela citação de Carl Sagan: "Compreender é uma espécie de êxtase."