Um nono planeta no sistema solar? Pode ser…

Pesquisadores da Caltech encontram indícios de um nono planeta (de verdade)

CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY

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IMAGEM: Concepção artística de uma vista do nono planeta e o Sol à distância. Acredita-se que o planeta seja gasoso e semelhante a Urano e Netuno.CRÉDITO: CALTECH/R. HURT (IPAC)

Pesquisadores da Caltech encontraram indícios da existência de um planeta gigante que percorreria uma órbita bizarra e alongada no Sistema Solar Exterior. O objeto, batizado de Planeta Nove, teria uma massa de cerca de 10 vezes a da Terra e orbitaria cerca de 20 vezes mais distante do Sol do que Netuno (o qual orbita o Sol a uma distância de 4,58 bilhões de km). Realmente, esse planeta novo levaria entre 10.000 e 20.000 anos para completar uma única órbita em torno do Sol.

Os pesquisadores, Konstantin Batygin e Mike Brown, descobriram a existência desse planeta por meio de modelos matemáticos e simulações em computador, mas ainda não observaram diretamente sua existência.

“Esse seria um nono planeta de verdade”, diz Brown, Professor “Richard and Barbara Rosenberg” de Astronomia Planetária. “Só foram encontrados dois planetas de verdade desde os velhos tempos e este seria o terceiro. É um pedaço substancial de nosso Sistema Solar que ainda está por aí, esperando ser encontrado, o que é entusiasmante”.

Brown observa que o suposto nono planeta – com uma massa 5.000 vezes maior que a de Plutão – é suficientemente grande para não haver debates sobre se é mesmo um planeta de verdade. Diferentemente dos objetos agora conhecidos como planetas anões, o Planeta Nove domina gravitacionalmente suas vizinhanças no Sistema Solar. Na verdade, ele domina uma região maior do que qualquer outro planeta conhecido – algo que faz que Brown diga que ele é “o mais ‘planetário’ de todos os planetas de todo o Sistema Solar”.

Batygin e Brown descrevem seu trabalho na corrente edição da publicação Astronomical Journal  e mostram como o Planeta Nove ajuda a explicar várias características misteriosas do campo de objetos congelados e pedregulhos que ficam além da órbita de Netuno, conhecido como o Cinturão de Kuiper.

“Embora nós estivéssemos inicialmente bastante céticos que esse planeta pudesse existir, na medida em que continuamos a investigar sua órbita e o que ele significaria para o Sistema Solar Exterior, fomos nos convencendo cada vez mais de sua existência”, diz Batygin, professor assistente de ciência planetária. “Pela primeira vez em 150 anos, existem indícios sólidos de que o censo planetário do Sistema Solar está incompleto”.

O camiho para a descoberta teórica não foi uma linha reta. Em 2014, um antigo pós-doutorando de Brown, Chad Trujillo, e seu colega Scott Shepherd publicaram em um artigo que 13 dos mais distantes objetos [conhecidos] do Cinturão de Kuiper eram similares com respeito a uma característica orbital obscura. Para explicar essa similaridade, eles sugeriram a possível presença de um pequeno planeta. Brown achou que a solução de um planeta era pouco provável, mas seu interesse ficou aguçado.

Ele levou o problema até Batygin e os dois começaram uma colaboração que se estendeu por um ano e meio para investigar os objetos distantes. Sendo um observador e o outro um teórico, respectivamente, os pesquisadores abordaram o trabalho com perspectivas diferentes – Brown como alguém que olha para o céu e tenta ancorar tudo no contexto daquilo que pode ser visto, enquanto Batygin como alguém que procura o contexto dinâmico, considerando como as coisas podem funcionar do ponto de vista da física. Essas diferenças permitiram que os pesquisadores desafiassem mutuamente suas ideias e considerassem novas possibilidades. “Eu trazia alguns aspectos das observações; ele voltava com argumentos teóricos e nós nos confrontávamos. Eu não creio que a descoberta pudesse ter sido feita sem esse vai e vem”, diz Brown. “Foi possivelmente o ano mais divertido para trabalhar com um problema no Sistema Solar que eu já tive”.

Rapidamene Batygin e Brown se deram conta de que os seis obejtos mais distantes da coleção original de Trujillo e Shepherd, seguiam todos órbitas elípticas que apontavam para a mesma direção no espaço físico. Isto é particularmente surpreendente porque os pontos mais distantes de suas órbitas se movem em torno do Sistema Solar e eles viajam em velocidades diferentes.

“É quase como se tivéssemos seis ponteiros em um relógio, cada um se movendo em uma velocidade diferente, e, quando você olha, todos estão exatamente no mesmo lugar”, explica Brown. A probabilidade de que isto aconteça é algo como 1 em 100. Mas além disso, as órbitas dos seis objetos também são inclinadas do mesmo jeito – todas com uma inclinação de 30 graus para com o plano da eclíptica (o plano das órbitas dos oito planetas conhecidos). A probabilidade disto acontecer cai para 0,007%. “Basicamente, isto não pode ser por acaso”, diz Brown. “De forma que pensamos que outra coisa devia estar moldando essas órbitas”.

A primeira possibilidade investigada foi a de que talvez houvesse um número suficiente de objetos no Cinturão de Kuiper – alguns dos quais não tinham sido ainda descobertos – para criar a gravidade necessária para manter esta subpopulação aglomerada. Os pesquisadores rapidamente descartaram isto quando calcularam que este cenário precisaria que o Cinturão de Kuiper tivesse cerca de 100 vezes a massa estimada atualmente.

Isso os deixou com a ideia de um planeta. Sua primeira resposta instintiva foi a de rodar simulações envolvendo um planeta em uma órbita distante que abrangesse as órbitas dos seis objetos do Cinturão de Kuiper, que agiria como um laço gigante para mantê-los em seu alinhamento. Batygin diz que isso quase funciona, mas não coincide precisamente com as excentricidades observadas. Como diz ele: “Perto do alvo, mas não ganha o prêmio”.

Então, realmente por mero acidente, Batygin e Brown perceberam que se eles rodassem simulações com um planeta massivo com uma órbita contra-alinhada – uma órbita na qual o ponto mais próximo do Sol, também chamado de periélio, ficasse distante 180 graus dos outros objetos e planetas conhecidos – os objetos distantes no Cinturão de Kuiper na simulação assumiriam o alinhamento observado atualmente.

“A resposta natural é: ‘Essa geometria orbital não pode estar certa. Isso não pode ser estável a longo prazo porque, ao fim e ao cabo, isso faria com que o planeta e os objetos se encontrassem e, eventualmente, colidissem”, explica Batygin. No entanto, por meio de um mecanismo conhecido como ressonância de movimento médio, a órbita do planeta anti-alinhado na verdade impede que os objetos do Cinturão de Kuiper colidam com ele e os mantém alinhados. Na medida em que os objetos em órbita se aproximam, eles trocam energia. Então, por exemplo, para cada quatro órbitas que o Planeta Nove descreve, um dos objetos distantes do Cinturão de Kuiper pode perfazer nove órbitas. Eles jamais colidem. Em lugar disso, tal como um pai que mantém o arco de uma criança em um balanço, dando empurrões periódicos, o Planeta Nove afeta as órbitas dos objetos distantes do Cinturão de Kuiper de forma tal que sua configuração com o planeta é mantida.

“Ainda assim, eu estava bastante cético” relata Batygin. “Eu nunca tinha visto coisa parecida na mecânica celeste”.

Porém, pouco a pouco, na medida em que os pesquisadores investigavam as caracteríticas adicionais e consequências do modelo, eles se persuadiram. “Uma boa teoria deve não só explicar as coisas que você se porpõe a explicar. Ela deve de preferência explicar outras coisas que você não tinha se proposto explicar e fazer previsões que sejam verificáveis”, argumenta Batygin.

E, com efeito, a existência do Planeta Nove ajuda a explicar mais do que só o alinhamento dos objetos distantes do Cinturão de Kuiper. Ela também explica as misteriosas órbitas que ambos traçam. O primeiro desses objetos, chamado Sedna, foi descoberto por Brown em 2003. Diferentemente da variedade padrão dos objetos do Cinturão de Kuiper que são “chutados para fora” por Netuno e voltam a ele, Sedna nunca se aproxima muito de Netuno. Um segundo objeto parecido com Sedna, conhecido como 2012 VP113, foi anunciado por Trujillo e Shepherd em 2014. Batygin e Brown descobriram que a presença do Planeta Nove em sua órbita proposta, produz naturalmente objetos tipo Sedna, retirando um objeto padrão do Cinturão de Kuiper e lentamente o puxando para uma órbita menos conectada a Netuno.

Mas a maior surpresa dos pesquisadores foi que suas simulações também prediziam que haveria objetos no Cinturão de Kuiper em órbitas perpendiculares ao plano da eclíptica. Batygin continuou encontrando indícios disso e os levou a Brown. “De repente eu percebi que existem objetos assim”, relembra Brown. Nos últimos três anos, observadores identificaram quatro objetos com órbitas mais ou menos perpendiculares à de Netuno e enfileirados. “Nós plotamos as posições desses objetos e suas órbitas e elas se encaixaram exatamente nas simulações”, diz Brown. “Quando descobrimos isso, meu queixo caiu no chão”.

“Quando a simulação alinhou os objetos distantes no Cinturão de Kuiper e criou objetos tais como Sedna, nós pensamos que isso era maravilhoso – mata-se dois coelhos com uma cajadada”, diz Batygin. “Mas quando a existência do planeta também explicou essas órbitas perpendiculares, não foram só dois coelhos: foi mais um coelho que você nem sabia que estava na moita”.

De onde veio o Planeta Nove e como ele foi parar no Sistema Solar Exterior? Os cientistas há muito acreditam que o Sistema Solar em sua infância começou com quatro núcleos planetários que sugaram todo o gás em seu entorno, formando os quatro planetas gasosos – Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Ao longo do tempo, colisões e ejeções os moldaram e levaram a suas presentes posições. “Mas não existe uma razão para que não tenha havido cinco núcleos, em lugar de quatro”, argumenta Brown. O Planeta Nove pode representar esse quinto núcleo e, se ele chegou perto demais de Júpiter ou Saturno, pode ter sido ejetado para sua órbita distante e excêntrica.

Batygin e Brown continuam a refinar suas simulações e aprender mais acerca da órbita do planeta e sua influência sobre o Sistema Solar distante. Por enquanto, Brown e outros colegas começaram a procurar os céus pelo Planeta Nove. Somente sua órbita aproximada é conhecida, não sua localização precisa na rota elíptica. Se o planeta estiver próximo de seu periélio, diz Brown, os astrônomos podem ser capazes de localizá-lo em imagens de varreduras anteriores. Se ele estiver na parte mais distante de sua órbita (afélio), os maiores telescópios do mundo – tais como os telescópios gêmeos de 10m do Observatório W. M. Keck e o Tellescópio Subaru, todos no Mauna Kea, no Hawaii – serão necessários para encontrá-lo. Se, entretanto, o Planeta Nove estiver agora em qualquer ponto intermediário, vários telescópios terão a chance de encontrá-lo.

“Eu adoraria encontrá-lo”, diz Brown. “Mas ficaria plenamente satisfeito se outra pessoa o encontrar. É por isso que estamos publicando este artigo. Esperamos que outras pessoas se inspirem e comecem a procurar”.

Em termos das compreensão do contexto do Sistema Solar no universo, Batygin diz que esse planeta que nos parece tão esdrúxulo, torna nosso Sistema Solar mais parecido com outros sistemas planetários que estão sendo encontrados em outras estrelas. Em primeiro lugar, a maioria dos exoplanetas que orbitam estrelas parecidas com o Sol, não têm um padrão orbital simples – ou seja, alguns orbitam extremamente perto de suas estrelas mães, enquanto que outros seguem em órbitas excepcionalmente distantes. Segundo, a maioria dos exoplanetas varia de 1 a 10 massas terrestres.

“Uma das descobertas mais surpreendentes sobre outros sistemas planetários é que o tipo mais comum de planeta por aí tem uma massa entre a da Terra e a de Netuno”, diz Batygin. “Até agora, nós pensávamos que no Sistema Solar faltava o tipo mais comum de planeta. Pode ser que sejamos mais normais, por fim”.

Brown, que é bem conhecido por seu significativo papel no rebaixamento de Plutão de planeta a planeta anão, acrescenta: “Todas essas pessoas que ficaram com raiva de Plutão não ser mais chamado de planeta, podem se entusiasmar com a possibilidade de haver realmente outro planeta lá fora e fazer o Sistema Solar ficar com nove planetas novamente”.

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O artifo é intiotulado “Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System.”

EDIÇÃO POSTERIOR:

Órbitas do Planeta Nove e dos objetos do Cinturão de Kuper:

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Fonte: WikiMedia

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