29 Cygni b: o gigante que redefine a formação de planetas

Os planetas tendem a começar por ser minúsculos. Grãos quase imperceptíveis de poeira e gelo chocam entre si, ficam agregados e, pouco a pouco, aumentam de tamanho. Com o passar do tempo, esses aglomerados transformam-se em rochas, depois em mundos completos e, por vezes, em gigantes gasosos como Júpiter. A ideia é simples - mas torna-se complicada quando o objeto é enorme.

Foi precisamente isso que levou astrónomos a analisar de perto um corpo chamado 29 Cygni b. Este objeto tem cerca de 15 vezes a massa de Júpiter e orbita a aproximadamente 2,4 mil milhões de quilómetros da sua estrela.

Essa combinação coloca-o numa zona estranha: é suficientemente massivo para levantar dúvidas sobre a sua origem, mas não o bastante para ser, sem ambiguidades, encaixado noutra categoria.

Como se formam planetas como 29 Cygni b

Os cientistas apontam, em geral, dois caminhos principais para a formação de objetos deste tipo. O primeiro é um crescimento lento e consistente no interior de um disco de gás e poeira que envolve uma estrela jovem.

A este mecanismo chama-se acreção. Foi assim que a Terra se formou e é provável que Júpiter também tenha surgido desta maneira: depois de o seu núcleo ganhar massa suficiente, conseguiu atrair e acumular grandes quantidades de gás.

O segundo processo é bem mais rápido e dramático. Uma nuvem de gás pode fragmentar-se em porções, e cada porção colapsa devido à sua própria gravidade - é o princípio por detrás da formação das estrelas.

Alguns investigadores defendem que uma fragmentação semelhante também pode ocorrer nos discos à volta das estrelas, gerando objetos muito grandes num intervalo de tempo curto.

Como categorizar o exoplaneta 29 Cygni b

O 29 Cygni b encontra-se praticamente no limite entre estas duas explicações. Tem muita massa, mas não tanta que aponte claramente para um cenário de formação “tipo estrela”. Ao mesmo tempo, está a uma distância orbital em que construir um planeta por crescimento gradual deveria ser difícil.

Por isso, uma equipa liderada por William Balmer decidiu estudá-lo com o James Webb Space Telescope, da NASA, para perceber qual das histórias se ajusta melhor.

Balmer, que trabalha na Johns Hopkins University e no Space Telescope Science Institute, resumiu bem o problema: “In computer models, it’s very easy for fragmentation in a disk to run away to much higher masses than 29 Cygni b.”

“Este é o valor mais baixo de massa que se poderia obter de forma plausível. Mas, ao mesmo tempo, é quase a massa mais alta que se conseguiria alcançar através de acreção.”

Ler as impressões digitais químicas de um planeta

Para esclarecer a questão, a equipa recorreu à câmara de infravermelho próximo do Webb para obter uma imagem direta do planeta. A partir daí, analisou-se a forma como a atmosfera absorve luz, com especial atenção a gases como o dióxido de carbono e o monóxido de carbono.

Estes gases ajudam a inferir a quantidade de elementos pesados - frequentemente designados por “metais” em astronomia - presente no planeta.

Os dados apontaram numa direção inequívoca. O planeta contém uma grande quantidade de material pesado, aproximadamente equivalente a cerca de 150 Terras. Um enriquecimento deste tipo costuma indicar um planeta que, primeiro, acumulou sólidos e, só depois, captou gás.

Isto é relevante porque as estrelas, em geral, não exibem o mesmo padrão: formam-se sobretudo a partir de gás, sem uma acumulação tão marcada de sólidos pesados.

A importância do alinhamento

A equipa não se ficou pela química. Também investigou a dinâmica do sistema. Com o apoio de um conjunto de telescópios em terra chamado CHARA, mediram a inclinação da órbita do planeta e compararam-na com a rotação da estrela hospedeira.

O resultado mostrou que a órbita do planeta coincide de perto com o eixo de rotação da estrela - um comportamento frequentemente associado a sistemas que se formam a partir de um disco.

“Conseguimos atualizar a órbita do planeta e, além disso, observámos a estrela hospedeira para determinar a sua orientação em relação a essa órbita”, afirmou Ash Messier, estudante de pós-graduação na Johns Hopkins e coautor do estudo.

“Mostrámos que a inclinação do planeta está bem alinhada com o eixo de rotação da estrela, o que é semelhante ao que vemos nos planetas do nosso sistema solar.”

Uma resposta clara, por agora

Quando os indícios químicos e os dados orbitais são considerados em conjunto, acabam por apontar para a mesma explicação. O 29 Cygni b terá muito provavelmente nascido por acreção, ainda que esteja a levar esse mecanismo quase ao seu limite.

“Em conjunto, estas evidências sugerem fortemente que o 29 Cygni b se formou dentro de um disco protoplanetário através de uma rápida acreção de material rico em metais, em vez de através da fragmentação do gás”, disse Balmer.

Em suma, formou-se como um planeta - e não como uma estrela.

Lições do 29 Cygni b

Esta conclusão ajuda a preencher uma lacuna importante. Mostra que mesmo planetas muito massivos podem crescer por um processo “de baixo para cima”, semelhante ao que dá origem a mundos mais pequenos. Isso contribui para explicar porque é que os sistemas planetários podem ser tão diversos.

A equipa está agora a observar mais três objetos com massas semelhantes. Ao compará-los, pretende perceber se gigantes um pouco menores e um pouco maiores obedecem às mesmas regras ou se, a partir de certo ponto, começam a seguir vias de formação diferentes.

Para já, o 29 Cygni b serve de lembrete de que a natureza nem sempre traça fronteiras nítidas. Por vezes, as respostas mais interessantes estão precisamente no meio.

O estudo completo foi publicado na Astrophysical Journal Letters.