No final de 2023, astrônomos fizeram uma descoberta surpreendente na Nebulosa de Orion. Utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), a equipe encontrou 40 pares de objetos com massa planetária – nenhum dos quais orbita uma estrela. Eles são chamados de Objetos Binários de Massa de Júpiter, ou OBMJus.
Resumidamente, essa descoberta desafiou diretamente as teorias tanto de nascimento estelar quanto de formação planetária. As origens desses objetos permaneceram desconhecidas, e não estava claro como uma coleção tão grande de pares desses corpos veio a vagar pela creche estelar de Orion, que está localizada a cerca de 1.350 anos-luz da Terra.
Agora, no entanto, uma equipe de astrofísicos da Universidade de Nevada e da Universidade de Stoneybrook acredita que pode ter resolvido o quebra-cabeça. A equipe fornece um modelo convincente para explicar como esses corpos estranhos poderiam ter sido ejetados de seus sistemas nativos, indo rogue enquanto ainda permanecem emparelhados com um parceiro binário. As descobertas, se corretas, poderiam revolucionar nossa compreensão da evolução planetária.
“Nossas simulações demonstram que encontros estelares próximos podem ejetar espontaneamente pares de planetas gigantes de seus sistemas nativos, levando-os a orbitar um ao outro no espaço”, disse Yihan Wang, bolsista pós-doutorado do Centro de Astrofísica de Nevada, em comunicado. “Essas descobertas podem alterar significativamente nossa percepção da dinâmica planetária e da diversidade de sistemas planetários em nosso universo.”
Os OBMJus têm sido um desafio para explicar porque sua existência não se encaixa exatamente nos modelos aceitos clássicos de formação estelar ou formação planetária.
Como corpos quentes, gasosos e binários, os OBMJus podem inicialmente parecer como se formassem quando regiões excessivamente densas em nuvens de gás e poeira colapsam. É assim que as estrelas se formam e é até mesmo o mecanismo seguido pelos chamados “estrelas fracassadas”, ou anãs marrons, que recebem seu apelido pelo fato de não conseguirem reunir massa suficiente para fundir hidrogênio em hélio em seus núcleos – uma característica estelar definidora.
No entanto, os OBMJu provavelmente seguem um caminho diferente para a realidade. A chance de uma estrela possuir um parceiro binário, por exemplo, diminui significativamente à medida que as massas dessas estrelas diminuem. Por exemplo, cerca de 75% das estrelas massivas existem em pares binários, mas apenas 50% das estrelas com massas semelhantes ao sol são encontradas com um parceiro estelar. E a chance de encontrar uma anã marrom, com massas em torno de 0,75 vezes a do sol, em um binário é praticamente nula, aproximando-se de zero por cento.
As anãs marrons, em média, têm massas em torno de 75 vezes a de Júpiter. Assim, estrelas menos massivas que isso, pode-se deduzir, nunca deveriam existir em binários – certamente não com frequência suficiente para encontrar 40 na mesma nebulosa. Os OBMJus têm massas abaixo do limite inferior das anãs marrons, menos de 13 vezes a massa de Júpiter. Então, o que está acontecendo?
Além disso, os OBMJus não podem ser explicados com os modelos padrão de formação planetária também. Esses são modelos que os veriam nascidos do gás residual ao redor de uma estrela progenitora, ou estrelas se você estiver trabalhando com um sistema binário. Isso porque, embora saibamos que os planetas são regularmente expulsos de seus sistemas nativos para se tornarem planetas vagabundos, também conhecidos como órfãos cósmicos vagando pelo cosmos sem uma estrela progenitora, esse processo deve ser tão violento que dividiria qualquer planeta possível gravitacionalmente ligado.
O fato de os astrônomos terem encontrado 40 pares de OBMJus na Nebulosa de Orion sozinha parece, portanto, descartar algum evento de ejeção estranho que levou a um par planetário ser ejetado junto sem se separar.
Então, para resolver o mistério de onde os OBMJu poderiam possivelmente vir, a equipe realizou simulações avançadas em supercomputador de eventos de ejeção. Essas simulações “N-body” permitiram-lhes explorar interações em aglomerados estelares densamente povoados que poderiam significar que planetas massivos são ejetados mas permanecem gravitacionalmente ligados entre si. A conclusão foi que os OBMJus poderiam vir de aglomerados estelares densamente povoados. Se este for o caso, então esses binários estranhamente flutuantes podem ser bastante comuns.
Os resultados da equipe têm ramificações para nossa compreensão da formação de planetas em geral, indicando que características como a separação orbital entre corpos planetários em um emparelhamento de OBMJu, bem como a forma dessa órbita, poderiam afetar as turbulentas condições ambientais que influenciam o nascimento planetário.
“Isso introduz interações estelares dinâmicas como um fator importante no desenvolvimento de sistemas planetários incomuns em ambientes estelares densos”, disse Rosalba Perna, membro da equipe e professora de física da Universidade de Stony Brook, em comunicado.
A pesquisa da equipe prepara o cenário para futuras investigações de OBMJu, potencialmente com o instrumento que ajudou a descobrir esses pares estelares: o JWST. Também diz aos pesquisadores que a formação de planetas é um processo mais variado e emocionante do que se sabia anteriormente.
“Entender a formação de OBMJus nos ajuda a desafiar e refinar as teorias prevalecentes de formação de planetas”, disse Zhaohuan Zhu, membro da equipe e astrofísico da UNLV, em comunicado. “Observações futuras do JWST podem nos ajudar a fazer exatamente isso, oferecendo novas perspectivas a cada observação que nos ajudarão a formular melhores teorias de formação de planetas gigantes.”
