Nos últimos 30 anos, cientistas descobriram mais de 4.000 planetas na Via Láctea . Dados sugerem que cada estrela é acompanhada por um ou mais planetas , o que significa que a formação de planetas é provavelmente uma parte natural da formação de estrelas . Antigamente, acreditava-se que o processo de formação de planetas era tão raro que apenas o sol tinha planetas, mas agora entende-se que os planetas provavelmente superam as estrelas em número. Como os planetas se formam ao redor das estrelas?
Como obter os materiais para os planetas
Como é o caso de grande parte da ciência, nossas intuições de senso comum podem estar erradas. Por mais estranho que isso possa parecer, estrelas maiores na verdade têm uma vida útil mais curta do que estrelas menores. Não é uma diferença de, digamos, alguns milhões de anos ou mais. As menores estrelas, chamadas anãs vermelhas, podem viver por centenas de bilhões a talvez até trilhões de anos. Essas são estimativas aproximadas, pois suas vidas úteis são tão longas que não existem anãs vermelhas de idade avançada em todo o universo . Apesar de conterem muito mais combustível de hidrogênio do que estrelas menores, as maiores estrelas existirão por menos de 100 milhões de anos em média, uma vida útil relativamente curta, dado que as anãs vermelhas podem viver por trilhões. Curiosamente, não é a quantidade de hidrogênio que determina a vida útil estelar, mas a taxa na qual esse hidrogênio é fundido em elementos mais pesados. Estrelas mais massivas têm temperaturas centrais muito mais altas, o que faz com que queimem seu suprimento de hidrogênio a uma taxa muito mais rápida do que estrelas de pequena massa. Embora pareça triste que as estrelas mais brilhantes vivam rápido e morram jovens, nem o nosso sol nem os próprios planetas estariam aqui se não fosse esse o caso.
As temperaturas mais altas do núcleo de estrelas massivas significam que elas podem criar uma diversidade muito maior de elementos pesados em seu núcleo em comparação com estrelas de massa pequena. Muitos metais, como magnésio e ferro, vêm de estrelas de alta massa. Quando uma estrela massiva esgota seu suprimento de hidrogênio e converte a maior parte dele em elementos mais pesados, a estrela começa a entrar em colapso sob sua própria gravidade. Isso geralmente ocorre assim que o ferro é formado no núcleo de uma estrela porque a fusão do ferro em elementos mais pesados consome mais energia do que libera. O ferro absorve a energia da estrela em vez de ser um contribuinte líquido para o suprimento da estrela. À medida que a estrela entra em colapso, suas camadas externas ricocheteiam no núcleo e explodem em uma poderosa explosão de supernova . Durante uma supernova, a energia liberada pode exceder a energia combinada de todas as outras estrelas na galáxia, tornando-as um dos eventos mais brilhantes do cosmos. A energia é tão intensa que o ferro pode ser fundido em elementos ainda mais pesados, como ouro e prata, por um breve momento.
Se não fosse pelas explosões de supernovas, os elementos pesados dentro de estrelas massivas não teriam como ser dispersos no espaço. Eventualmente, o mesmo material que uma vez compôs uma estrela massiva será usado para formar uma estrela inteiramente nova com seu próprio sistema solar. Com base na composição do sol, os astrônomos acreditam que nossa estrela é uma estrela de segunda ou terceira geração, o que significa que uma ou duas estrelas se tornaram supernovas antes do nosso sol para que ela e seus planetas se formassem.
Da poeira estelar ao planeta
Como você vai da poeira estelar aos planetas? Esse processo foi e continua sendo um mistério. À medida que uma estrela se forma, um disco gigantesco de material estelar, chamado disco protoplanetário, se forma ao redor dela. Dentro desse disco giratório de poeira estelar, planetas e suas luas começam a se formar. Por décadas, os astrônomos realmente presumiram que nosso sol era único, pois acreditavam que era a única estrela acompanhada por planetas. Isso porque todo processo que os astrônomos pudessem desenvolver era simplesmente muito improvável para acontecer ao redor de outras estrelas. No entanto, em 1996, os astrônomos anunciaram a confirmação do primeiro planeta encontrado orbitando uma estrela diferente do nosso sol. Essa descoberta foi seguida por duas décadas de intensa pesquisa em exoplanetas, revelando que cada estrela que podemos ver provavelmente é acompanhada por seus próprios planetas.
Telescópios encontraram e confirmaram a existência de discos formadores de planetas ao redor de estrelas jovens dentro de regiões de formação de estrelas. Embora essas descobertas tenham confirmado que os planetas se formam ao redor de estrelas em discos de material estelar, observações subsequentes levantaram mais perguntas do que responderam. Notavelmente, descobriu-se que os discos protoplanetários não tendem a existir por muito tempo (em termos astronômicos). Em média, um disco protoplanetário existirá por meros 10 milhões de anos antes de se dissipar no espaço circundante ou cair na estrela em formação. Isso significa que um sistema solar deve se formar dentro de uma janela de 10 milhões de anos, um breve período de tempo, especialmente considerando que muitos processos geológicos nos próprios planetas podem levar mais tempo do que isso para se desenrolar. O problema agora era descobrir como a poeira estelar poderia criar um sistema solar inteiro nessa janela.
O modelo atual de como os planetas se formam é simples e direto. Ele começa com pequenas partículas de poeira em órbita ao redor de uma estrela. A gravidade entre essas pequenas partículas é insuficiente para juntá-las e formar objetos maiores, então, para que as primeiras grandes rochas se formem, a força eletrostática deve mantê-las unidas. As partículas de poeira terão uma carga elétrica; portanto, as carregadas negativamente serão atraídas pelas carregadas positivamente e vice-versa. No entanto, a força eletrostática não será suficiente assim que os objetos se tornarem muito grandes. Felizmente, temos a gravidade para assumir o controle assim que isso ocorrer. Uma vez que os objetos se tornam grandes o suficiente para que a gravidade se torne relevante, o crescimento dos planetas se torna exponencial à medida que objetos mais massivos impactam e se unem, aumentando a atração de sua gravidade e atraindo mais material. Assim que os planetas são formados, um novo processo começa, independentemente de o disco protoplanetário inicial permanecer intacto.
Colisões Planetárias
Mesmo em nosso sistema solar , os astrônomos acreditam que ele pode ter sido o lar de uma centena ou mais planetas que emergiram do disco protoplanetário. Não temos mais tantos planetas ao redor do sol, e isso ocorre porque, para que os planetas atuais se formassem, os planetas precisavam colidir uns com os outros. Geralmente, os planetas maiores tendem a absorver os planetas menores na colisão, tornando os planetas maiores ainda maiores. Em nosso sistema solar, acredita-se que todos os planetas passaram por esse processo, com os gigantes gasosos inevitavelmente colidindo e absorvendo mais planetas do que suas contrapartes rochosas. Até a Terra teve que sobreviver a uma grande colisão que os astrônomos acreditam ter resultado na formação de nossa lua. Cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, a jovem Terra estava em rota de colisão com um planeta do tamanho de Marte chamado Theia. Como os dois planetas eram relativamente grandes em comparação um ao outro, a jovem Terra corria o risco de ser despedaçada. No entanto, a Terra teve sorte, e Theia colidiu no ângulo certo para destruir apenas parte do nosso mundo e enviar o material para a órbita. Por um curto período de tempo, a Terra provavelmente teria um anel em sua órbita, com os detritos planetários do anel eventualmente formando nossa lua .