Aprendemos muito sobre os planetas em nosso quintal e, por muito tempo, presumimos que o resto da galáxia parecia praticamente o mesmo. Um planeta rochoso significava uma estrutura bem definida: um núcleo metálico denso, um manto de silicato e uma atmosfera fina no topo. Essa imagem funciona bem para a Terra.
Mas de acordo com um novo artigo apresentado ao Astrophysical Journal, isso pode não funcionar para a maioria dos planetas rochosos do universo. De longe, o tipo mais comum de planeta que encontramos em torno de outras estrelas é sobre uma classe de mundos chamada sub-Netuno: planetas maiores que a Terra, mas menores que Netuno. As suas primas próximas, as super-Terras, são ligeiramente mais pequenas e provavelmente perderam a maior parte do seu hidrogénio há muito tempo. A história do livro mostra esses planetas se formando essencialmente da mesma maneira Terra fez, apenas com diferentes quantidades de sobras de gás empilhadas em cima. O ferro afunda no meio, a rocha de silicato flutua acima dele, o hidrogênio fica em cima disso.
Mas aqui está a ruga. Nas pressões e temperaturas dentro de um subNetuno, o hidrogênio, o silicato e o ferro não se comportam realmente como perto da superfície da Terra. Acima de cerca de 4.000 graus Kelvin, o hidrogênio e o silicato fundido tornam-se totalmente miscíveis. Eles deixam de ser óleo e água. Eles se tornam um fluido. Os autores de um novo estudo submetido ao Astrophysical Journal e atualmente disponível no arXiv descobrimos o que isso significa para a estrutura destes planetas, e a resposta é surpreendente.
Se um planeta acumular menos de um por cento da sua massa em hidrogénio, ele segue o roteiro familiar e forma um núcleo metálico discreto, tal como a Terra. Mas se captar mais hidrogénio do que isso, todo o interior do planeta torna-se num fluido único, misturado e agitado de ferro, silicato e hidrogénio. Sem núcleo. Sem manto. Apenas uma mistura homogênea até alguns milhares de quilômetros do centro.
Isso é um desvio significativo de como normalmente desenhamos esses mundos em cortes transversais. A estrutura interna determina como um planeta esfria, como ele se mantém em sua atmosfera e como seu raio evolui ao longo do tempo. Os autores descobriram que esta estrutura de miscibilidade pode reproduzir uma série de características que já vemos na população de exoplanetas e que os antigos modelos de bolo em camadas tiveram dificuldade em explicar.
Uma dessas características é a lacuna de raio, o curioso déficit de planetas entre tamanhos super-Terra e sub-Netuno que o Telescópio Espacial James Webb e Telescópio Espacial Kepler mapearam.
Outra é a forma como os raios dos planetas dependem do período orbital. Ambos caem naturalmente se assumirmos que os jovens sub-Neptunos armazenam uma fracção substancial do seu hidrogénio dentro deste interior miscível, e depois libertam-no lentamente para o envelope exterior à medida que o planeta arrefece e a região de miscibilidade diminui. O hidrogênio literalmente borbulha da rocha ao longo de centenas de milhões de anos.
Há uma consequência testável aqui, e é isso que torna este artigo mais do que um experimento mental. Se o hidrogénio estiver gradualmente a dissolver-se do interior para a atmosfera, então os jovens sub-Netunos deverão contrair-se mais lentamente do que os modelos padrão prevêem.
Eles devem parecer um pouco mais inchados do que deveriam para sua idade. Estamos agora a começar a encontrar sub-Netunos em torno de estrelas muito jovens (crianças cósmicas, com apenas dezenas de milhões de anos de idade) onde esta assinatura poderia realmente ser medida. O JWST e a próxima geração de pesquisas de trânsito vão colocar números nisso.
As advertências são reais. O modelo baseia-se em extrapolações teóricas de como o hidrogénio, o silicato e o ferro se comportam em condições que ainda não podemos reproduzir em laboratório, embora as experiências de alta pressão estejam a começar a recuperar o atraso. Os orçamentos internos de calor destes planetas ainda são incertos e pequenos erros nesses parâmetros propagam-se nas previsões. E a abordagem de modelação inversa que os autores utilizam (começar com a população planetária observada, trabalhar retroativamente até à física que a produziu) é necessariamente estatística e não determinística.
Ainda assim, a afirmação básica é ousada e clara. O tipo mais comum de planeta na galáxia pode não se parecer em nada com a Terra por dentro. O conceito familiar de um núcleo planetário, aquele pequeno e denso coração metálico que tomamos como certo, pode ser a exceção e não a regra. A Terra pode ser a estranha.
