Thread by @astroaline

O QUE DEFINE UM EXOPLANETA?

De acordo com a NASA, já foram detectados mais de 5000 exoplanetas. Mas você já parou pra pensar quais critérios classificam um exoplaneta? O que diferencia um planeta de outros objetos? Vem de #AstroThreadBR descobrir 👇🏼👇🏼👇🏼

- O que é um planeta?

De acordo com a União Astronômica Internacional (IAU), para um objeto ser considerado planeta, ele deve obedecer 3 critérios:

1. Girar em torno do Sol
2. Ter massa suficiente para ser aproximadamente esférico
3. “Limpar a vizinhança” em sua órbita

[2]

Discussões à parte, esse é exatamente o motivo de Plutão não ser mais considerado planeta: ele não é o objeto dominante em sua órbita, devido à ressonância com Netuno (que domina gravitacionalmente a região) e a identificação de outros objetos menores, também em ressonância.

[3]

O problema é que, como você deve ter percebido, essa classificação foi feita para denominar apenas os planetas do Sistema Solar. Mas aí entram os exoplanetas, que estão fora do nosso sistema. Será que eles obedecem os mesmos critérios?

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Evidentemente, exoplanetas não giram em torno do Sol.

“Ok, mas eles giram em torno de uma estrela.”

Será mesmo? Os primeiros exoplanetas descobertos, em 1992, orbitam um pulsar, que é um tipo de remanescente estelar (uma estrela “morta”).

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“Ok, eles não necessariamente orbitam uma estrela. Mas eles orbitam alguma coisa.”

De que tipo de coisa estamos falando? Luas orbitam planetas. Estrelas binárias orbitam sua companheira. Sem contar que já foram descobertos planetas “errantes”, que não orbitam nada! E agora?

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Eliminando a questão de orbitar uma estrela, temos ainda 2 características para definir um planeta: ser aproximadamente esférico, e dominar sua órbita. Só que outros objetos podem apresentar as mesmas características, como anãs marrons e estrelas.

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- O que classifica um exoplaneta?

Exoplaneta, como o nome já diz, é um planeta que está fora do Sistema Solar. Mas o que é considerado planeta? Como diferenciá-lo de objetos como anãs marrons e estrelas? A resposta não é simples, e existem critérios que tentam definir isso.

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Inicialmente, foi definido o critério baseado no limite para fusão de deutério (“hidrogênio pesado”). Calma que eu explico.

Grosso modo, estrelas geram sua própria luz através da fusão de hidrogênio. Isso acontece por causa das altíssimas temperaturas em seu núcleo.

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Anãs marrons não atingem temperaturas tão altas para queimar hidrogênio. Entretanto, elas conseguem realizar fusão de deutério, um isótopo do H que requer temperaturas mais baixas para sua queima. É por isso que muitos se referem a anãs marrons como “estrelas fracassadas”.

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Como você já deve ter imaginado, planetas não realizam fusão nuclear, e portanto não geram energia. Mas por que não?

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De forma geral, essa capacidade de fundir elementos depende da massa do objeto. Por isso, estabeleceu-se o limite de 13 Mjup (massas de Júpiter), a partir do qual um objeto teria massa suficiente para realizar fusão de deutério, e seria uma anã marrom.

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Então, objetos com massa abaixo de 13 Mjup seriam considerados planetas.

Já o limite para realizar fusão de hidrogênio seria em torno de 80 Mjup. Portanto, objetos com massa acima de 80 Mjup seriam estrelas. Fácil, né? Mas isso gera alguns problemas.

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Por exemplo, a taxa de fusão dos elementos depende também da composição do objeto, o que pode acarretar em objetos com menos de 13 Mjup (“planetas”) fundindo deutério, assim como objetos com mais de 13 Mjup (“anãs marrons”) não realizando fusão.

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Outro problema é a incerteza na massa de diversos objetos, muitas vezes devido ao método de detecção, que podem não ter tanta precisão para determinar os parâmetros do objeto.

Vamos supor que mediram a massa de um objeto, que é 12 Mjup, com uma margem de erro de ±2 Mjup.

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Considerando a margem de erro, a massa desse objeto pode variar entre 10 e 14 Mjup. E agora, é planeta ou anã marrom?

Como os valores de massa podem ser imprecisos, é complicado "bater o martelo" e classificar rigorosamente esses objetos.

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Alguns pesquisadores argumentam que outros critérios também podem nos ajudar a diferenciar esses objetos, como a maneira como eles se formam.

Teoricamente, estrelas e anãs marrons se formam pelo mesmo mecanismo: o colapso gravitacional de uma densa nuvem de gás e poeira.

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A diferença é que anãs marrons não conseguem ganhar massa suficiente para iniciar a fusão de hidrogênio, como fazem as estrelas.

Enquanto isso, planetas se formam em um disco protoplanetário, disco de gás e poeira ao redor de uma estrela em formação.

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Parece um critério aceitável, não é? Exceto pela enorme dificuldade de determinar como alguns objetos se formaram. Por isso, muitos pesquisadores discordam desse critério de seleção.

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Vale lembrar que anãs marrons também podem ter discos protoplanetários durante sua formação, e objetos podem se formar nessa região. É o caso do planeta 2M1207b (vermelho), descoberto orbitando a anã marrom 2M1207 (azul).

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Por fim, vale mencionar os planetas errantes (em inglês “free-floating” ou “rogue planets”). Esses são planetas que não orbitam nenhum objeto, provavelmente porque foram ejetados de seu sistema devido a alguma perturbação ou colisão.

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Além disso, já foram encontrados objetos de massa planetária (< 13 Mjup) que não necessariamente foram ejetados, e provavelmente se formaram sozinhos, a partir do colapso gravitacional de uma nuvem, assim como estrelas e anãs marrons. Seriam eles anãs marrons ou planetas?

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Ainda existe a possibilidade de um objeto como esse (com menos de 13 Mjup, formado sem sistema) ter sido capturado por uma estrela, passando a orbitá-la.

Então, qual critério de definição é mais importante?

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No caso desses objetos com massa equivalente a de um planeta e formação semelhante à estelar, criou-se, a princípio, o termo “sub-anã marrom” ou “anã marrom de massa planetária”.

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Mas sub-anãs marrons também podem ser consideradas planetas “free-floating”, ou ainda objetos “free-floating” de massa planetária!

Ou seja, fica bem clara a dificuldade de classificar grande parte dos objetos planetários encontrados.

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Mais ainda: e se não conseguirmos determinar a massa ou a formação do objeto? Como fica a classificação? Até onde a massa e/ou o mecanismo de formação do objeto realmente são bons critérios?

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Apesar da IAU inicialmente utilizar a definição baseada na massa do objeto (aquela de 13 Mjup), realmente não existe um consenso entre a comunidade astronômica. Porém, à medida que novos objetos foram sendo detectados, viu-se a necessidade de atualizar essa definição.

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Existe uma definição “em processo” criada pela Comissão de Exoplanetas e Sistema Solar da IAU. Porém, como ainda não é uma decisão oficialmente aprovada, preferi não trazer para essa thread. Quem tiver interesse, pesquise por Lecavelier des Etangs & Lissauer (2022).

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Para finalizar, fica a pergunta: quantos exoplanetas de fato já foram detectados?

Consultando os catálogos que reúnem exoplanetas, observamos que o número total de planetas difere bastante. Quais critérios eles utilizam? E quantos desses objetos são realmente planetas?

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Essa polêmica discussão está longe de chegar ao fim! E é por isso que essa thread terá uma PARTE 2, falando sobre catálogos de exoplanetas.

Enquanto isso, curta e compartilhe essa thread, e deixe suas dúvidas e perguntas nos comentários!

🔁❤️

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Referências:

Lecavelier des Etangs & Lissauer (2022). The IAU working definition of an exoplanet. doi.org/10.1016/j.newa…

hal.sorbonne-universite.fr/hal-03631543/d…
cambridge.org/core/services/…

Créditos das imagens (o número corresponde ao número do tweet):

1. NASA/ESA/G. Bacon (STScI)
2. Lunar and Planetary Institute
3. NASA/JHUAPL/SwRI
5. Pablo Carlos Budassi via Wikipedia
8. NASA/W. Stenzel
9. Climate Science Investigations (CSI)/NASA
10. J. S. Pailly

11. Universe Sandbox
12. Wikimedia Commons
13. NASA/Caltech/R. Hurt (IPAC)
14. Roberto Molar Candanosa/Sergio Dieterich/Carnegie Institution for Science
17. Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
18. Gemini Observatory/AURA, Lynette Cook
20. ESO

21. NASA/JPL
26. Chaos syndrome via Wikipedia
27. NASA/JPL-Caltech
28. J. S. Pailly
29. NASA Exoplanet Archive (exoplanetarchive.ipac.caltech.edu)