Vulcano e os irmãos perdidos de Mercúrio (parte 2)

A ideia de que possa haver (ou ter havido) um planeta em órbita intra-mercuriana é, na verdade, mais antiga que as pesquisas sobre sistemas extrassolares. No século XIX, astrônomos profissionais como o francês François Arago e o matemático Urbain Le Verrier suspeitavam da existência de um planeta ainda mais achegado ao Sol. Chamado de Vulcano, o pequeno e tórrido planeta rochoso foi caçado com telescópios e equações por dezenas de astrônomos profissionais e amadores, mas nunca foi encontrado. Não no nosso sistema solar.

Quanto mais se observam as centenas — não, as milhares — de outras estrelas acompanhadas de planetas, mais evidentes se tornam as diferenças entre o nosso sistema solar e os outros. Exoplanetas vem em todo tipo e tamanho — dos hot Jupiters às super-Terras e aos recém-encontrados hot Netunos. Relativamente comuns são astros como Mercúrio — pequenos corpos terrestres bem próximos de suas estrelas. Aliás, muito mais próximos que o próprio Mercúrio. Então, uma pergunta que surge é: porque Mercúrio fica tão longe do Sol?

Hoje sabemos que planetas “vulcanianos” são possíveis ainda que não muito duráveis na maioria dos casos. Para Kathryn Volk e Brett Gladman (ambos da University of British Columbia, Canadá), o nosso sistema solar pode ter começado com vários planetas nas vizinhanças de Mercúrio e do próprio Sol. No entanto, as órbitas desses mundos seriam instáveis demais a longo prazo. Mercúrio seria o único sobrevivente de uma série de colisões cataclísmicas entre os seus irmãos.

Em paper publicado em 17 de junho na Astrophysical Journal Letters, Volk e Gladman propõem que a maioria dos sistemas planetários tem uma infância bastante atribulada, formando Sistemas de Planetas Internos Apertadinhos [Systems of Tightly-packed Inner Planets ou STIP]. Com o tempo, tamanha proximidade entre esses planetas menores leva a colisões altamente destrutivas, de modo que apenas 5% ou 10% das estrelas com STIPs são observadas atualmente.

Antes de chegar ao Sol, porém, Volk e Gladman selecionaram 13 sistemas observados pelo Kepler que contém mais do que quatro planetas intra-mercurianos. Com base nesses dados, rodaram simulações computacionais das órbitas desses planetas para ver como se comportavam ao longo de 10 milhões de anos. Em 10 dos sistemas testados dessa forma, foram vistas violentas colisões entre os planetinhas mais próximos da estrela-mãe. Novas simulações também mostraram que, depois de milhões de anos, novas colisões podem ocorrer entre os planetas internos restantes. Dada essa instabilidade de um Sistema Apertadinho, os cientistas estimaram que embora sejam comuns, a maioria já não existe mais.

Além de estar mais longe do Sol que o esperado, o problema com Mercúrio é que ele é denso, com mais elementos pesados do que leves. A proximidade com o Sol poderia explicar sua tênue atmosfera, mas não sua estrutura geológica — Mercúrio não tem uma crosta leve ou um manto intermediário. É basicamente um grande núcleo cercado por uma pesada crosta de silicato. Tal configuração pode se dever a uma ou mais colisões nas quais Mercúrio teria acumulado matéria densa em seu núcleo, perdendo material leve no processo.

De fato, modelos de formação do Sistema Solar tem indicado a existência de muito material para a formação de um único mercúrio. Para formar um planeta só na órbita mercuriana, seria necessário uma improvável lacuna na nuvem de poeira em torno do jovem Sol — uma lacuna que geralmente é posta na metade da distância Terra-Sol. Se tal lacuna formou-se ou se aproximou ainda mais do astro-rei, então o disco planetário teria material demais pra um único planeta nº. 1.

Para Volk, a facilidade com que se formam STIPs indica que eles também podem ter ocorrido no Sistema Solar primitivo, que pode ter sido bem apertadinho. Isso eliminaria a necessidade de uma lacuna no disco planetário interno ao mesmo tempo que explicaria a densa composição de Mercúrio.

Para comprovar tal hipótese, Volk e Gladman rodaram simulações que acrescentaram quatro planetas da massa da Lua, situados a menos de 0,5 UA. Em 500 milhões de anos, esses planetas-anões quentes — parecidos com o tão procurado Vulcano — não afetaram a formação de Vênus, da Terra e de Marte. À medida que colidiam entre si, esses planetas vulcanóides sofriam efeitos diversos e adversos.

No primeiro caso, a massa dos mundos em choque se perdia parcialmente enquanto o número de planetas era reduzido (de 4 ou 5, para 2 ou 3). Geralmnente, é isso que se observa nos STIPs conhecidos. Num cenário mais destrutivo, só 10% da massa inicial sobrevive na forma de um único planeta, sendo o resto pulverizado e absorvido pela estrela-mãe ou por planetas mais distantes. Tudo depende das velocidades dos planetas no momento de cada colisão. Para Volk e Gladman, essa segunda possibilidade seria o caso do nosso Sistema Solar. Mercúrio, portanto, teria nascido com um ou mais irmãos mas foi trombando com todos até destrui-los. Pobre Vulcano…

Referência

Kathryn Volk e Brett Gladman (2015) Consolidating and Crushing Exoplanets: Did It Happen Here? [Consolidação e Colisão de Exoplanetas: aconteceu o mesmo aqui?] Astrophysical Journal Letters 806 L26. Recebido em 18 Fevereiro 2015, aceite em 26 Maio 2015. Publicado em 17 Junho 2015. doi:10.1088/2041-8205/806/2/L26