No início do nosso Sistema Solar, um gigantesco disco protoplanetário de poeira, rocha e gás girava em torno do Sol recém-formado.

Impressão artística de seis planetas orbitando a estrela parecida com o Sol Kepler-11. Crédito da imagem: NASA / Tim Pyle

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Parte desse material eventualmente se uniu pela gravidade para formar as versões adolescentes dos planetas que conhecemos hoje, incluindo nossa casa, a Terra. 

Uma nova pesquisa publicada na revista Science ajudou a confirmar se os planetas rochosos, semelhantes à Terra e nossos vizinhos Vênus e Marte, em oposição a grandes planetas gasosos como Netuno e Júpiter, possuem uma porcentagem semelhante de elementos pesados em comparação com suas estrelas natais. 

Uma equipe de pesquisadores reuniu dados de uma coleção de 32 exoplanetas de baixa massa encontrados orbitando 27 estrelas que são semelhantes em tamanho e tipo espectral ao sol. 

Os astrônomos podem medir a composição química das estrelas analisando a luz que passa por suas atmosferas estelares. Por meio de pesquisa espectroscópica, lacunas aparecem na banda de frequência da luz que indicam quais elementos estão presentes na estrela.

“A abundância de elementos na atmosfera das estrelas da sequência principal reflete sua composição em massa (exceto os elementos mais leves) dentro de uma pequena porcentagem, o que as medições de meteoritos mostraram ser válidas para o Sol", explicam os autores do estudo.

Por meio desse processo, os pesquisadores foram capazes de obter uma imagem precisa das proporções de elementos pesados nas estrelas hospedeiras de exoplanetas que eles visavam.

"Analisamos espectros de 21 estrelas hospedeiras dos planetas selecionados (HD 80653 não tem um espectro disponível) e medimos suas composições químicas atmosféricas. Determinamos as abundâncias de magnésio (Mg), silicone (Si) e ferro (Fe) em as estrelas hospedeiras, que são os principais elementos formadores de rocha", escrevem eles.

Os astrofísicos teorizaram que a abundância de elementos mais pesados, como ferro e magnésio, em um disco protoplanetário provavelmente se espelha na estrela que ancora o sistema solar, já que durante a fase de formação, os mesmos materiais estariam presentes.

Isso significa que os planetas rochosos e suas estrelas provavelmente compartilharão proporções de elementos pesados em sua massa total. Mas até que ponto essas proporções estão intimamente ligadas não está totalmente claro.

"A teoria prevê que as razões de abundância Fe/Si e Mg/Si em estrelas e planetas permanecem muito semelhantes durante o processo de formação do planeta. As abundâncias atmosféricas de elementos refratários (como Mg, Si e Fe) de estrelas do tipo solar são, portanto, considerado um proxy da composição do disco protoplanetário inicial ", observam os autores. 

Usando as massas dos exoplanetas, raios e modelos de interiores planetários, os pesquisadores calcularam a possível fração de massa de ferro de cada planeta na amostra, considerando que tanto o ferro pode estar presente apenas no núcleo, quanto o ferro pode estar presente no núcleo e no manto de cada planeta.

A fração de massa de ferro de cada planeta foi então comparada com a fração de massa de ferro do disco protoplanetário, que foi derivada da composição da estrela hospedeira. 

Os autores descobriram que as frações de ferro das estrelas e dos planetas que as orbitam se correlacionavam umas com as outras, mas não na base de 1:1. Isso sugere que diferenças sutis na distribuição de elementos no disco protoplanetário e nos processos relacionados à formação do planeta desempenham um papel significativo na determinação da composição química final de um planeta rochoso. 

Embora houvesse ligeiras diferenças na abundância de elementos mais pesados entre as estrelas e seus planetas em órbita, os resultados fornecem suporte para derivar as composições químicas dos planetas rochosos de abundâncias estelares dos principais elementos formadores de rocha, como ferro, magnésio e silício, algo que foi assumido em estudos anteriores.

Além disso, os resultados do novo artigo observam que os exoplanetas da classe super-Terra e super-Mercúrio parecem ter composições químicas diferentes, o que sugere diferenças em seus processos de formação planetária, dados que serão úteis para futuras pesquisas exoplanetárias.

O estudo foi publicado na revista Science.

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Referência:

FEEHLY, Conor. New Study Reveals Intricate Chemical Link Between Rocky Planets And Their Stars. Science Alert, 15, out. 2021. Disponível em: <https://www.sciencealert.com/new-study-reveals-the-intricate-chemical-link-between-rocky-planets-and-their-stars>. Acesso em: 18, out. 2021.