A estabilidade dos sistemas planetários pode estar em risco

Quão estáveis são os sistemas planetários? Será que a Terra e os seus sete planetas irmãos continuarão para sempre nas suas trajectórias celestes regulares ou poderemos, um dia, ser ejectados ao acaso da nossa morada cósmica?

Os físicos conhecem as regras que determinam as órbitas de dois corpos celestes. Porém, quando se acrescenta um terceiro corpo - quanto mais um quarto, quinto ou centésimo -, a dinâmica torna-se muito mais complexa. Podem surgir instabilidades imprevisíveis, levando um objecto a ser expulso aleatoriamente para o espaço ou a cair na sua estrela anfitriã.

O chamado «problema dos três corpos» intriga os cientistas há séculos e, mais recentemente, serviu de premissa a uma série de romances de ficção científica de grande sucesso e à sua nova adaptação da Netflix. Um dos entraves à sua compreensão tem sido sabermos pouco sobre a frequência com que ocorrem instabilidades tão catastróficas.

Num novo estudo publicado na Nature, nós e os nossos colegas esclarecemos parcialmente esta questão. Num levantamento de estrelas próximas, verificámos que até um em cada doze pares de estrelas poderá ter devorado um planeta, provavelmente porque o planeta desenvolveu uma «oscilação» na órbita e caiu na estrela.

Estudar gémeas estelares

O nosso estudo concluiu que pelo menos 8% dos pares de estrelas da amostra apresentam anomalias químicas que indicam que uma das estrelas engoliu matéria planetária que anteriormente a orbitava.

Para identificar este sinal subtil, tivemos de excluir outras explicações possíveis para estes padrões químicos. Por isso, concentrámo-nos em «estrelas gémeas», que se sabe terem nascido simultaneamente a partir da mesma mistura de materiais.

Esta estratégia permite eliminar factores de confusão, tal como os estudos com gémeos são por vezes utilizados na investigação sociológica ou médica.

O resultado resulta de um levantamento de estrelas gémeas chamado C3PO, iniciado nos EUA por um dos autores, Ting, e ao qual Liu e outros investigadores se juntaram mais tarde.

A nossa equipa reuniu uma excelente amostra de dados espectroscópicos de 91 pares de estrelas gémeas - muitas vezes maior do que as de estudos semelhantes realizados no passado.

Descobrimos que algumas estrelas diferiam das respectivas gémeas, exibindo um padrão químico distinto: quantidades superiores de determinados elementos, como ferro, níquel e titânio, em comparação com outros, como carbono e oxigénio. Estas diferenças constituem fortes indícios de que a estrela ingeriu um planeta.

As instabilidades podem ser inesperadamente comuns

Quando uma estrela anfitriã engole um ou mais membros de um sistema planetário, isso sugere que ocorreu alguma instabilidade na dinâmica desse sistema.

As simulações indicam que este tipo de instabilidade poderá ser comum na fase inicial da vida de um sistema planetário, ou seja, nos primeiros 100 milhões de anos, aproximadamente. No entanto, quaisquer vestígios de planetas engolidos nesse período inicial seriam indetectáveis nas estrelas que observámos, que têm milhares de milhões de anos.

Isto sugere que as anomalias químicas detectadas foram provocadas por instabilidades mais recentes, que levaram as estrelas a consumir alguns planetas ou material planetário.

Esta revelação não é inteiramente inesperada. Teóricos que estudam a dinâmica planetária, incluindo o nosso coautor Bertram Bitsch, têm salientado que muitos sistemas planetários são reconhecidamente instáveis, sobretudo os que incluem um tipo de planeta denominado «super-Terra» - planetas um pouco maiores do que a Terra, mas muito menores do que gigantes como Júpiter.

Os sistemas que incluem um planeta super-Terra podem ser particularmente instáveis. O cabo-de-guerra gravitacional entre a estrela anfitriã e os seus planetas maciços poderá gerar instabilidade.

Um equilíbrio delicado

O nosso estudo leva-nos a repensar o nosso lugar no Universo. Embora encaremos como garantida a estabilidade do Sistema Solar, tal poderá não ser normal em todo o cosmos.

A nossa investigação não indica que seja provável observarmos estas instabilidades no nosso próprio Sistema Solar. Ainda assim, mesmo com os novos resultados, é importante reconhecer que o engolimento de planetas e a instabilidade continuam a verificar-se apenas numa minoria dos casos.

Esperamos que o estudo motive mais pessoas a investigar os sistemas planetários e a sua relação com as estrelas anfitriãs. A nossa compreensão da dinâmica dos sistemas de múltiplos corpos continua muito incompleta.

À medida que continuamos a explorar os mistérios do cosmos, estudos como este recordam-nos o equilíbrio delicado que permite à vida prosperar na Terra e a potencial fragilidade da nossa morada cósmica.

Yuan-Sen Ting, Professor Associado de Astrofísica, Australian National University, e Fan Liu, Investigador, Escola de Física e Astronomia, Monash University

Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.