Os astrônomos podem ter detectado pela primeira vez evidências de que um planeta distante teve sua atmosfera parcialmente destruída por um impacto gigante, descobriu um novo estudo.

A impressão artística de um impacto gigante no sistema estelar HD 17255 próximo. Crédito da imagem: Mark A. Garlick / MIT

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Os cientistas acreditam que os sistemas planetários recém-nascidos geralmente experimentam dores de crescimento titânicas à medida que os planetas em formação, conhecidos como protoplanetas, se juntam e se fundem para formar planetas progressivamente maiores. 

"Nosso próprio sistema solar mostra evidências abundantes de impactos gigantes", disse a autora principal do estudo, Tajana Schneiderman, astrônoma do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Por exemplo, pesquisas anteriores sugeriram que a Terra e a lua são produtos desses impactos gigantescos no início do sistema solar. No entanto, "apesar disso, não há muitas evidências observacionais de impactos gigantes em outros lugares", acrescentou Schneiderman.

Agora Schneiderman e seus colegas descobriram sinais de um esmagamento planetário gigante a cerca de 95 anos-luz da Terra. O impacto cósmico, em torno da estrela de 23 milhões de anos HD 172555, na constelação de Pavo, o pavão, provavelmente explodiu parte da atmosfera de um mundo, eles notaram.

"Detectamos uma atmosfera desguarnecida pela primeira vez", disse Schneiderman.

A estrela HD 172555 já havia chamado a atenção dos cientistas devido à natureza incomum da poeira ao seu redor. Trabalhos anteriores descobriram que essa poeira estelar possuía grãos muito mais finos do que os astrônomos esperariam de um disco típico de detritos ao redor de uma estrela. Essa poeira também é carregada com uma grande quantidade de minerais incomuns, como obsidiana e tektitas vítreas pretas, que requerem um calor poderoso para se formar. Pesquisas anteriores sugeriram que uma possível explicação para essa poeira seria a colisão de dois mundos, um acidente envolvendo velocidades de mais de 36.000 km/h.

No novo estudo, os astrônomos investigaram que o gás ao redor da estrela pode revelar sobre sua história. Eles analisaram dados do Atacama Large Millimeter Array (ALMA), no Chile, com foco em sinais de monóxido de carbono.

"Quando as pessoas querem estudar gás em discos de detritos, o monóxido de carbono é normalmente o mais brilhante e, portanto, o mais fácil de encontrar", disse Schneiderman em um comunicado. "Então, olhamos os dados de monóxido de carbono para HD 172555 novamente porque era um sistema interessante."

Os cientistas foram capazes de detectar o monóxido de carbono ao redor da estrela. Quando eles mediram sua abundância, eles descobriram que o gás em torno de HD 172555 era equivalente a 20% do monóxido de carbono encontrado na atmosfera infernal de Vênus. Eles também viram que ele estava circulando em grandes quantidades surpreendentemente perto da estrela em cerca de 7,5 unidades astronômicas (UA), ou 7,5 vezes a distância média entre a Terra e o sol.

A presença de monóxido de carbono tão perto de uma estrela é um mistério porque a molécula é normalmente vulnerável à fotodissociação, um processo no qual fótons (ou partículas de luz) se quebram e destroem a substância química. Normalmente há muito pouco monóxido de carbono perto das estrelas, levando os pesquisadores a analisar vários cenários para explicar sua presença em torno de HD 172555.

Os cientistas rapidamente descartaram um cenário em que o monóxido de carbono surgisse dos restos de uma estrela recém-formada. Trabalhos anteriores sugeriram que o monóxido de carbono dificilmente duraria além dos primeiros 3 milhões de anos de vida de uma estrela, muito menos HD 172555 com 23 milhões de anos.

Quando os pesquisadores examinaram outro cenário no qual o monóxido de carbono foi emitido por muitos cometas gelados vindo de um cinturão de asteroides distante, semelhante ao Cinturão de Kuiper do sistema solar, eles descobriram que não poderia explicar os minerais vistos na poeira.

O cenário que os astrônomos acham que melhor explica todos os dados é um impacto gigante entre protoplanetas - "um progenitor maior e um impactor menor", disse Schneiderman. "As energias envolvidas são enormes - o impacto resultará em partes dos corpos se derretendo, então algum material de ambos provavelmente permanecerá no lugar, enquanto algum material será expulso do progenitor."

"Quando se trata da atmosfera, parte da atmosfera será empurrada para fora pelo impactor que atinge o corpo sólido, parte da atmosfera será empurrada para fora do resto do planeta conforme a onda de choque viaja pela atmosfera, e alguns podem ser removidos por um longo período de tempo", acrescentou Schneiderman. "O impacto vai levar energia para a atmosfera, o que resulta no aquecimento da atmosfera. À medida que esquenta, fica mais fácil para a atmosfera ser removida."

Em sistemas planetários tão jovens como o HD 172555, os astrônomos esperam que impactos gigantes sejam bastante comuns, disse Schneiderman. Quando se trata de um impacto gigante explicando o monóxido de carbono detectado ao redor daquela estrela, ela notou que as escalas de tempo funcionam, a idade funciona e as restrições na composição e formas dos materiais vistos ao redor daquela estrela funcionam.

"Um impacto gigante é a melhor explicação para os recursos do sistema", disse Schneiderman.

Os pesquisadores estimaram que o monóxido de carbono veio de um impacto gigante há pelo menos 200.000 anos, recente o suficiente para que a estrela não tivesse tempo suficiente para destruir completamente o gás. Com base na abundância do gás, eles sugerem que a colisão ocorreu entre dois corpos massivos, provavelmente protoplanetas comparáveis em tamanho ao da Terra.

"Acho que uma implicação realmente crítica é que o gás liberado após um impacto gigante pode durar muito tempo e pode afetar a forma como o sistema evolui a longo prazo", disse Schneiderman. "Seria muito empolgante obter observações adicionais deste sistema com a configuração atual do ALMA - as atualizações que ocorreram desde 2012, quando as medições foram feitas originalmente, nos permitiriam entender o sistema em mais detalhes." 

Além disso, "acho que também valeria a pena olhar para outros sistemas jovens", disse Schneiderman. "A detecção de monóxido de carbono neste sistema sugere que o monóxido de carbono pode ser mais brilhante do que a poeira, então uma detecção de monóxido de carbono pós-impacto pode ser mais observável do que a poeira. Acho que almejar o monóxido de carbono pode nos dar uma oportunidade de entender as estatísticas de ocorrência de impactos gigantes de forma mais ampla."

Os cientistas detalharam suas descobertas online em 20 de outubro na revista Nature.

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Referência: 

CHOI, Charles Q. An alien planet lost its atmosphere to a giant impact. Space, 20, out. 2021. Disponível em: <https://www.space.com/alien-planet-lost-atmosphere-giant-impact>. Acesso em: 20, out. 2021.