Cientistas descobriram que a maioria dos planetas em nossa galáxia pode não ter um núcleo.

Um dos tipos mais comuns de planetas na Via Láctea são os sub-Netunos — corpos maiores que a Terra, mas menores que Netuno. De acordo com um novo estudo publicado na plataforma de pré-impressão arXiv e no The Astrophysical Journal, eles podem não ter um núcleo no sentido tradicional. Se um planeta acumulou hidrogênio suficiente, seu interior não é dividido em núcleo e manto, mas sim em uma única mistura fundida de ferro, rocha quente e hidrogênio, com todos os componentes interligados. O novo modelo explica, pela primeira vez, uma série de propriedades observadas em exoplanetas que antes não eram explicadas.

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A Terra possui uma estrutura familiar: um núcleo denso de ferro metálico no centro, rodeado por uma espessa camada de rocha quente chamada manto, e coberto por uma crosta e uma fina atmosfera. Por muito tempo, acreditou-se que exoplanetas rochosos possuíam uma estrutura semelhante, diferindo apenas na quantidade de gás acima da camada de rocha sólida. Os autores de um novo estudo calcularam como o hidrogênio, os minerais formadores de rochas e o ferro se comportam sob as pressões e temperaturas extremas encontradas no interior de sub-Netunos. Eles descobriram que, a temperaturas acima de 3.700 °C, o hidrogênio e a rocha derretida deixam de se separar, como o óleo e a água, e se misturam em uma única massa quente.

Se o hidrogênio constituir menos de um por cento da massa de um planeta, ele forma um núcleo metálico distinto, como a Terra. Mas se o hidrogênio estiver presente em quantidades maiores, o interior do planeta torna-se uma mistura homogênea de ferro, rocha e hidrogênio, estendendo-se quase até o centro. Não há um núcleo distinto ou uma camada de rocha separada.

A estrutura interna de um planeta determina como ele esfria, retém sua atmosfera e como seu tamanho muda ao longo do tempo. O novo modelo explica padrões que as compreensões anteriores da estrutura interna planetária não conseguiam explicar. Uma dessas características é a chamada lacuna de raio. Os astrônomos encontram muitas super-Terras — planetas rochosos maiores que a Terra — e muitos sub-Netunos, mundos menores que Netuno, mas com uma camada gasosa significativa. No entanto, planetas de tamanhos intermediários são praticamente inexistentes. Essa lacuna estatística foi revelada por observações dos telescópios espaciais Kepler e James Webb da NASA. Outro padrão é a relação entre o tamanho de um planeta e o tempo que ele leva para orbitar sua estrela.

Ambas as características surgem naturalmente se assumirmos que os jovens sub-Netunos armazenam uma fração significativa de seu hidrogênio nas profundezas de seus interiores mistos e o liberam gradualmente em sua camada gasosa à medida que esfriam. O hidrogênio essencialmente borbulha da rocha ao longo de centenas de milhões de anos.

A hipótese tem uma consequência testável. Se o hidrogênio for liberado gradualmente do interior do planeta para a atmosfera, os jovens sub-Netunos deverão se contrair mais lentamente do que o previsto pelos modelos padrão e parecer um pouco maiores do que o esperado para sua idade. Os astrônomos já estão encontrando sub-Netunos orbitando estrelas muito jovens, com dezenas de milhões de anos, e é em tais sistemas que esse efeito pode ser medido. O Telescópio Espacial James Webb e novos programas de busca por exoplanetas poderão testar essa hipótese com observações. Eles rastrearão trânsitos — os momentos em que um planeta passa em frente à sua estrela, diminuindo brevemente seu brilho. Usando esses dados, os astrônomos poderão medir com mais precisão os tamanhos dos jovens sub-Netunos e compará-los com os cálculos do modelo.

O modelo tem limitações importantes. Ele descreve as condições dentro dos sub-Netunos — pressões e temperaturas enormes — que os cientistas ainda não conseguem reproduzir completamente em laboratório. Portanto, algumas das conclusões são baseadas em cálculos teóricos. Experimentos de alta pressão já estão se aproximando dessas condições, mas um teste definitivo ainda não foi realizado. Há outra incerteza: não sabemos exatamente quanto calor o interior desses planetas retém. Mesmo um pequeno erro nessa estimativa pode alterar significativamente os cálculos. Além disso, os autores partiram de observações para determinar a causa. Eles analisaram quais exoplanetas já foram descobertos, sua distribuição de tamanho e tentaram entender quais processos internos poderiam ter levado a esse padrão. Isso fornece um modelo estatístico geral, mas não nos permite descrever com precisão a estrutura de cada planeta individualmente.

No entanto, a principal conclusão do estudo desafia a visão convencional. Muitos planetas em nossa galáxia podem ter uma estrutura diferente da da Terra. Estamos acostumados a imaginar um planeta rochoso como um sistema em camadas: um núcleo metálico denso, um manto ao redor e uma atmosfera acima. Mas, para os sub-Netunos, uma das classes mais comuns de exoplanetas, esse modelo pode não ser aplicável. Se esse modelo for confirmado, os planetas com um núcleo convencional deixarão de ser uma regra universal, passando a ser uma variante estrutural. Nesse caso, a Terra será uma exceção, e não um modelo para a maioria dos mundos.