2455: Jovem Júpiter foi atingido de frente por enorme proto-planeta

Impressão de artista de uma colisão entre um jovem Júpiter e um proto-planeta massivo ainda em formação no Sistema Solar inicial.
Crédito: K. Suda & Y Akimoto/Mabuchi Design Office, cortesia do Centro de Astrobiologia do Japão

Segundo um estudo publicado esta semana na revista Nature, uma colisão colossal entre Júpiter e um planeta ainda em formação no início do Sistema Solar, há cerca de 4,5 mil milhões de anos, pode explicar leituras surpreendentes da nave espacial Juno da NASA.

Astrónomos da Universidade Rice e da Universidade Sun Yat-sen da China dizem que o seu cenário de impacto pode explicar as leituras gravitacionais anteriormente confusas da sonda Juno, que sugerem que o núcleo de Júpiter é menos denso e mais extenso do que o esperado.

“Isto é intrigante,” disse o astrónomo e co-autor do estudo, Andrea Isella. “Sugere que algo aconteceu e que mexeu com o núcleo, e é aí que o impacto gigante entra em acção.”

Isella explicou que as principais teorias sobre a formação de planetas sugerem que Júpiter começou como um planeta denso, rochoso ou gelado que mais tarde reuniu a sua atmosfera espessa do disco primordial de gás e poeira que deu origem ao nosso Sol.

Isella disse que estava céptico quando o autor principal do estudo, Shang-Fei Liu, sugeriu a ideia de que os dados podiam ser explicados por um impacto gigantesco que agitou o núcleo de Júpiter, misturando o conteúdo denso do seu núcleo com as camadas menos densas acima. Liu, ex-investigador de pós-doutoramento no grupo de Isella, é agora membro da faculdade em Sun Yat-sen em Zhuhai, China.

“Soava-me muito improvável,” recorda Isella, “como algo com uma probabilidade de um num bilião. Mas Shang-Fei convenceu-me, com os seus cálculos, de que não era assim tão inverosímil.”

A equipa de investigação realizou milhares de simulações de computador e descobriu que um Júpiter em rápido crescimento pode ter perturbado as órbitas de “embriões planetários” próximos, proto-planetas que estavam nos estágios iniciais da formação planetária.

Liu disse que os cálculos incluíram estimativas da probabilidade de colisões sob diferentes cenários e da distribuição de ângulos de impacto. Em todos os casos, Liu e colegas descobriram que havia pelo menos 40% de hipóteses de que Júpiter engolisse um embrião planetário nos primeiros milhões de anos. Além disso, Júpiter produziu em massa um “forte foco gravitacional” que deu origem a colisões frontais mais comuns do que aquelas apenas raspantes.

Isella explicou que o cenário de colisão se tornou ainda mais atraente depois de Liu ter executado modelos computacionais 3D que mostravam como uma colisão afectaria o núcleo de Júpiter.

“Como é denso e vem com muita energia, o impactor seria como uma bala que passa pela atmosfera e atinge o núcleo de frente,” disse Isella. “Antes do impacto, teríamos um núcleo muito denso, cercado pela atmosfera. O impacto frontal espalha as coisas, diluindo o núcleo.”

Os impactos em ângulos que apenas raspam o planeta podem fazer com que o objecto impactante se torne preso gravitacionalmente e afunde gradualmente no núcleo de Júpiter, e Liu disse que embriões planetários menores tão massivos quanto a Terra se desintegrariam na espessa atmosfera de Júpiter.

“O único cenário que resultou num perfil de densidade de núcleo semelhante ao que a Juno mede hoje é um impacto frontal com um embrião planetário cerca de 10 vezes mais massivo do que a Terra,” salientou Liu.

Isella acrescentou que os cálculos sugerem que, mesmo que este impacto tenha ocorrido há 4,5 mil milhões de anos, “ainda poderá levar muitos milhares de milhões de anos para que o material pesado volte a assentar num núcleo denso sob as circunstâncias sugeridas pelo artigo.”

Isella, que também é co-investigador do projecto CLEVER Planets, financiado pela NASA, com sede na Universidade Rice, disse que as implicações do estudo vão além do nosso Sistema Solar.

“Existem observações astronómicas de estrelas que podem ser explicadas por este tipo de evento,” realçou.

“Este ainda é um campo novo, de modo que os resultados estão longe de ser sólidos, mas tendo em conta que estamos à procura de planetas em torno de estrelas distantes, às vezes observamos emissões infravermelhas que desaparecem depois de alguns anos,” disse Isella. “Uma ideia é que se estamos a observar uma estrela à medida que dois planetas rochosos colidem de frente e se fragmentam, formar-se-ia uma nuvem de poeira que absorve a luz estelar e a re-emite. Vemos por isso uma espécie de um flash, no sentido de que agora temos esta nuvem de poeira que emite luz. E, depois de algum tempo, a poeira dissipa-se e essa emissão desaparece.”

A missão Juno foi desenhada para ajudar os cientistas a melhor compreender a origem e a evolução de Júpiter. A sonda, lançada em 2011, transporta instrumentos para mapear os campos gravitacionais e magnéticos de Júpiter e para investigar a estrutura interna profunda do planeta.

Astronomia On-line
16 de Agosto de 2019