Muito antes de Mercúrio, Vênus, Terra e Marte formado, parece que o sistema solar interior pode ter abrigado uma série de super-Terras - planetas maiores que a Terra, mas menores do que Netuno. Se assim for, esses planetas estão muito longe - quebrado e caído nas sol há bilhões de anos, em grande parte devido a uma grande jornada para dentro-e-depois-de ida que Júpiter feita no início da história do sistema solar.
Este cenário tem sido sugerido por Konstantin Batygin, cientista planetário Caltech, e Gregory Laughlin da UC Santa Cruz , em um papel que aparece a semana de 23 de março, na edição online da Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Os resultados de seus cálculos e simulações sugerem a possibilidade de uma nova imagem do início do sistema solar que ajudaria a responder a uma série de questões pendentes sobre a composição atual do sistema solar e da própria Terra. Por exemplo, os novos endereços de trabalho por que os planetas terrestres em nosso sistema solar têm tais massas relativamente baixos em comparação com os planetas que orbitam outras estrelas como o sol.
"Nosso trabalho sugere que a migração para dentro para fora, de Júpiter poderia ter destruído uma primeira geração de planetas e preparou o terreno para a formação dos planetas terrestres com depleção de massa que o nosso sistema solar tem hoje", diz Batygin, um professor assistente de ciência planetária. "Tudo isso se encaixa muito bem com outros desenvolvimentos recentes na compreensão de como o sistema solar evoluiu, ao preencher algumas lacunas."
A imagem abaixo a partir de uma nova simulação pelo Caltech e UC Santa Cruz pesquisadores descreve um tempo no início da história do sistema solar quando Júpiter provavelmente fez uma migração interna grande (aqui, a órbita de Júpiter é representado pelo círculo branco de espessura de cerca de 2,5 UA). Como ele mudou-se para dentro, Júpiter pegou blocos de construção planetários primitivos, ou planetesimais, e dirigi-los em órbitas excêntricas (turquesa) que se sobrepunham a parte imperturbável do disco planetário (amarelo), desencadeando uma cascata de colisões que teria inaugurou qualquer interior planetas para o sol.
Graças a pesquisas recentes de exoplanetas - planetas em outras que o nosso próprio sistema solar - sabemos que cerca de metade das estrelas como o sol na nossa vizinhança galáctica têm planetas em órbita. No entanto, esses sistemas de olhar nada como a nossa. Em nosso sistema solar, muito pequenas mentiras dentro da órbita de Mercúrio; existe apenas um pouco de detritos - provavelmente asteróides próximos da Terra que se moviam mais para dentro - mas certamente não há planetas. Isso está em nítido contraste com o que os astrônomos ver na maioria dos sistemas planetários. Estes sistemas normalmente têm um ou mais planetas que são substancialmente mais massivo que a Terra orbitando mais perto de seus sóis que Mercúrio faz, mas muito poucos objetos a distâncias além.
"Na verdade, parece que o sistema solar não é hoje o representante comum do censo planetário galáctico. Em vez disso, são algo de um outlier", diz Batygin. "Mas não há nenhuma razão para pensar que o modo dominante de formação de planetas por toda a galáxia não deveria ter ocorrido aqui. É mais provável que as alterações posteriores alteraram sua composição original".
De acordo com Batygin e Laughlin, Júpiter é fundamental para a compreensão de como o sistema solar passou a ser do jeito que é hoje. Seu modelo incorpora algo conhecido como o cenário Grande Tack, que foi proposta pela primeira vez em 2001 por um grupo da Queen Mary University of London e, posteriormente, revisitado em 2011 por uma equipe do Observatório de Nice. Esse cenário, diz que durante os primeiros milhões de anos de vida útil do sistema solar, quando os corpos planetários ainda foram incluídos em um disco de gás e poeira em torno de um relativamente jovem sol, Júpiter tornou-se tão grande e gravitacionalmente influente que era capaz de limpar uma lacuna no disco. E quando o sol puxou gás do disco em direção a si mesmo, Júpiter também começou a se deslocar para dentro, como se tivessem sido levados em uma esteira rolante gigante.
"Júpiter teria continuado em que o cinto, acabou sendo despejado sobre o sol se não fosse por Saturno", explica Batygin. Saturn formado após Júpiter, mas foi puxado para o sol a uma taxa mais rápida, permitindo que ele se recuperar. Uma vez que os dois planetas maciços chegou perto o suficiente, eles trancaram em um tipo especial de relacionamento chamado uma ressonância orbital, onde os seus períodos orbitais eram racionais - isto é, expresso como uma relação de números inteiros. Num 2: ressonância orbital 1, por exemplo, Saturno iria completar duas órbitas em torno do Sol na mesma quantidade de tempo que levou Jupiter para fazer uma única órbita. Em uma tal relação, os dois corpos se começar a exercer uma influência gravitacional sobre o outro.
"Isso ressonância permitiu que os dois planetas para abrir uma lacuna mútuo no disco, e eles começaram a jogar este jogo onde trocaram momento angular e energia com o outro, quase a uma batida", diz Batygin. Eventualmente, isso para trás e teria causado todo o gás entre os dois mundos para ser empurrado para fora, uma situação que teria inverteu a direção migração dos planetas e os enviou de volta para fora do sistema solar. (Assim, a parte "tack" do cenário Grande Tack: os planetas migrar para dentro e, em seguida, mudar de rumo drasticamente, algo como um barco aderência em torno de uma bóia.)
Em um modelo anterior desenvolvido por Bradley Hansen na UCLA, os planetas terrestres convenientemente acabam em suas órbitas atuais com suas massas atuais sob um conjunto específico de circunstâncias - uma em que todos blocos de construção planetárias do sistema solar interno, ou planetesimais, acontecer para preencher um anel estreito alongamento 0,7-1 unidade astronômica (1 unidade astronômica é a distância média do Sol à Terra), a 10 milhões de anos após a formação do sol. De acordo com o cenário de grande aderência, a aresta exterior do anel que teria sido delineado por Júpiter como se moveu para o sol na sua correia transportadora e limpou uma abertura no disco de toda a maneira a órbita actual da Terra.
Mas o que dizer da borda interna? Por que os planetesimais se limitar ao anel no interior? "Esse ponto não foi abordado", diz Batygin.
Ele diz que a resposta poderia estar em primordial super-Terras. O buraco vazio do sistema solar interno corresponde quase exatamente ao bairro orbital onde super-Terras são normalmente encontrados em torno de outras estrelas. Por isso, é razoável especular que esta região foi cancelado para fora do sistema solar primordial por um grupo de planetas de primeira geração que não sobreviveram.
Cálculos e simulações de Batygin e Laughlin mostram que Júpiter mudou-se para dentro, ele puxou todos os planetesimais que encontrou ao longo do caminho em ressonâncias orbitais e levou-os para o sol. Mas como esses planetesimais se aproximou do sol, suas órbitas também se tornou elíptico.
"Você não pode reduzir o tamanho de sua órbita sem pagar um preço, e que acaba por ser aumentada ellipticity", explica Batygin.Essas novas órbitas, mais alongadas, fez com que os planetesimais, principalmente da ordem de 100 km de raio, a varrer regiões anteriormente impenetrável do disco, desencadeando uma cascata de colisões entre os escombros. Na verdade, os cálculos da Batygin mostram que, durante este período, todos os planetesimais teria colidido com outro objeto, pelo menos uma vez a cada 200 anos, violentamente quebrando-as e enviando-os em decomposição para o sol em uma taxa aumentada.
Os pesquisadores fizeram uma simulação final para ver o que aconteceria com uma população de super-Terras em interior do sistema solar se eles estavam em torno de quando esta cascata de colisões começou. Eles correram a simulação em um sistema extra-solar conhecido conhecido como Kepler-11, que dispõe de seis super-Terras com uma massa combinada de 40 vezes maior que a da Terra, orbitando uma estrela parecida com o Sol. O resultado? O modelo prevê que o super-Terras seriam guiou para o sol por uma avalanche em decomposição de planetesimais durante um período de 20 mil anos.
"É um processo físico muito eficaz", diz Batygin. "Você só precisa de um massas terrestres poucos pena de material para conduzir dezenas de massas terrestres pena de planetas para o sol."
Batygin observa que quando Júpiter pregado ao redor, uma fração dos planetesimais que carregava com ele teria acalmado volta para baixo em órbitas circulares. Apenas cerca de 10 por cento do material Jupiter varrido teria de ser deixado para trás para dar conta da massa que agora torna-se Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.
A partir desse ponto, que levaria milhões de anos para esses planetesimais se agrupem e, eventualmente, formar os planetas terrestres - um cenário que se encaixa muito bem com as medidas que sugerem que a Terra se formou 100-200000000 anos depois do nascimento do sol. Desde o disco primordial de hidrogênio e gás hélio teria ido há muito tempo por esse tempo, isso também poderia explicar por que a Terra não tem uma atmosfera de hidrogénio. "Formamos a partir deste detritos volátil empobrecido", diz Batygin.
E que nos diferencia de outra maneira da maioria dos exoplanetas. Batygin espera que a maioria dos exoplanetas - que são em sua maioria de super-Terras - têm atmosferas de hidrogênio substanciais, porque eles formaram em um ponto na evolução de seu disco planetário, quando o gás ainda teria sido abundante. "Em última análise, o que isto significa é que realmente planetas como a Terra não são intrinsecamente muito comum", diz ele.
O documento também sugere que a formação de planetas gigantes gasosos, como Júpiter e Saturno - um processo que os cientistas planetários acreditam que é relativamente raro - desempenha um papel importante em determinar se um sistema planetário acaba procurando algo parecido com nosso próprio ou como a mais sistemas típicos com close-in super-Terras.
Como caçadores de planetas identificar sistemas adicionais que abrigam os gigantes gasosos, Batygin e Laughlin terá mais dados contra o qual eles podem verificar sua hipótese - para ver o quão frequentemente outro migrando planetas gigantes partiu cascatas colisionais em seus sistemas planetários, enviando primordial super-Terras em suas estrelas hospedeiras.
Os pesquisadores descrevem o seu trabalho em um estudo intitulado "papel decisivo de Júpiter no início da evolução do Sistema Solar interior."
The Daily Galaxy via CalTech
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