Planeta IX

Título: “Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System”

Autores: Konstantin Batygin e Michael E. Brown

Instituição do primeiro autor: Department of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, EUA

Status: Aceito pelo ApJ [acesso aberto]

Figura 1: órbitas de objetos distantes no cinturão de Kuiper, bem como uma possível órbita para o planeta hipotético. Créditos: Caltech/R. Hurt (IPAC).

Há dez anos, a Terra perdeu um membro de sua família planetária. A União Astronômica Internacional formulou um novo conjunto de requerimentos para ser parte do “clube” de planetas. Plutão, coitado, não se qualificou e foi rebaixado a “planeta-anão”. Restaram, assim, oito planetas no Sistema Solar.

Uma década depois de perdermos Plutão como planeta, seus irmãos nos confins do Sistema Solar podem estar dizendo-nos que há de fato um nono planeta. Não um objeto com tamanho similar à Lua, como é Plutão, mas um com as dimensões de um gigante de gás como Netuno! Ironicamente, Mike Brown, um dos autores do artigo de hoje, que fornece evidências para a existência de tal planeta, foi parcialmente responsável pela diminuição do número de planetas para oito. Ele descobriu o planeta-anão Eris em 2005, o que levou ao rebaixamento de Plutão, e até escreveu o livro How I Killed Pluto and Why It Had It Coming (“Como matei Plutão e por que ele mereceu”, ainda sem tradução ao português). Muitos estudos buscaram evidências de outro planeta no Sistema Solar (existem astrobites ainda não traduzidos sobre isso aqui e aqui), mas este estudo pode apresentar as mais convincentes evidências para a existência do “Planeta 9”.

Deixando de lado as extinções em massa…

Existem várias sugestões de motivos por que nosso Sistema Solar poderia ter um planeta distante ainda não descoberto. Uma teoria até atribui extinções em massa periódicas a um corpo distante em uma órbita altamente excêntrica, passando próximo à região interna do Sistema Solar, causando estragos a cada 62 milhões de anos, aproximadamente. Batygin e Brown buscam, em vez disso, evidências em objetos recém-descobertos no cinturão de Kuiper (conhecidos como KBOs, da sigla em inglês), muito além da órbita de Plutão.

Figura 2: a localização de todos os KBOs conhecidos em um diagrama de alguns elementos orbitais vs. semi-eixo maior. No eixo-y, o painel esquerdo mostra a longitude do periélio, o esquerdo mostra a longitude do nodo ascendente e o painel direito mostra o argumento do periélio. Os pontos em verde claro e escuro representam objetos que se determinou serem estáveis e instáveis, respectivamente. O importante aqui é notar o agrupamento nos painéis à esquerda e no meio em semi-eixos acima de 250 UA e o agrupamento no painel à direita acima de 150 UA. Excentricidades, inclinações e distâncias de periélio estão também indicadas. [Figura 1 no artigo]

Em estudos anteriores, descobriu-se que esses andarilhos distantes têm algumas características em comum: todos os KBOs conhecidos com semi-eixo maior acima de 150 UA que nunca adentraram a órbita de Netuno (isto é, seu periélio é maior que 30 UA) têm argumentos de periélio próximo de zero graus (ou seja, o ponto em que estão mais próximo do Sol em suas órbitas está na eclíptica). Embora isso possa ser um efeito do fato de que esse alinhamento facilita a detecção dos objetos, os objetos também se movem todos de sul para norte conforme cruzam a eclíptica, o que não pode ser explicado por um viés observacional. Explicações foram propostas para isso, envolvendo mecanismos de ressonância, mas até agora todas parecem ter furos. Os autores passaram a realizar simulações desses corpos para determinar quais são fortemente influenciados pela gravidade de seu vizinho de gigante de gás, Netuno, tornando-se instáveis. Os seis objetos que se mostraram instáveis ocupavam uma região ainda mais restrita no espaço de parâmetros orbitais, indicando que suas órbitas são fisicamente alinhadas. A chance desse alinhamento ser aleatório é de apenas 0.007%!

Caindo como uma luva

A minúscula probabilidade de esses corpos acabarem em órbitas alinhadas por acaso indica que a origem de seu agrupamento foi dinâmica. Batygin e Brown fizeram análises para investigar se um único planeta perturbador poderia levar ao resultado observado. Rodando uma série de simulações computacionais de N-corpos, os autores notavelmente encontraram que um único planeta perturbador poderia de fato levar a um agrupamento estável das órbitas dos KBOs menores, mesmo se as órbitas do planeta e do KBO se cruzassem. Esses objetos seriam anti-alinhados absidalmente com o perturbador, ou seja, o planeta gigante e os KBOs têm periélios em direções opostas do Sol. Essa metodologia para a descoberta de um planeta lembra a forma com que Netuno foi descoberto, o qual foi matematicamente previsto como uma forma de explicar irregularidades na órbita de Urano. Para explicar os dados observacionais, um planeta com aproximadamente dez vezes a massa da Terra com um periélio maior que 250 UA parece cair bem. Isso significa que, ao longo da órbita de ~18000 anos do hipotético “Planeta 9”, o Sol nunca apareceria mais brilhante que cerca de 60000 vezes mais fraco do que o vemos aqui na Terra!

Figura 3: análoga à Figura 2, mas para partículas evoluídas por uma simulação de N-corpos com o planeta de 10 massas solares como perturbador. Parâmetros para o perturbador são indicados no painel à esquerda. Os parâmetros orbitais das partículas no eixo-x são graficados relativos aos do planeta. Cores representam o semi-eixo maior inicial de cada partículas, com cores mais vermelhas implicando valores iniciais menores, e cores verdes, maiores. Um agrupamento similar ao observado é obtido, como indicado pelas flechas. [Figura 8 no artigo]

Como um planeta como esse se formaria nos confins do Sistema Solar? Para formar-se nesse local, a nébula que deu origem ao Sistema Solar teria de ser especialmente extensa. Batygin e Brown em vez disso sugerem que, se esse planeta de fato existe, foi provavelmente jogado para essa órbita distante durante a tumultuosa juventude do Sistema Solar.

Deixando Popper orgulhoso

A teoria com um único planeta perturbador ajusta os dados observacionais e simulações numéricas. No entanto, como podemos afirmar que essa é a teoria correta para explicar o agrupamento de KBOs? Uma peça importante da teoria científica é que ela pode fazer previsões que poderiam potencialmente ser verificadas com experimentos. Como dito pelo filósofo Karl Popper: “Se uma afirmação científica fala sobre a realidade, ela deve ser falseável; se ela não é falseável, não fala da realidade”.

Batygin e Brown apresentam múltiplos métodos para fazer-se isso. Não apenas seus modelos predizem que o planeta perturbador pode influenciar KBOs absidalmente anti-alinhados, ele pode também influenciar objetos absidalmente alinhados com periélios muito mais distantes (isto é, objetos cuja longitude do periélio dista 180 graus dos KBOs conhecidos e cujos periélios têm distâncias maiores que 250 UA). Buscar por esses objetos distantes e débeis pode futuramente adicionar crédito a esta teoria e colocar maiores restrições na órbita do planta perturbador. Além disso, o agrupamento de KBOs conhecidos sugere a região do céu em que esse novo planeta pode estar. Batygin e Brown utilizarão o gigante campo de visão do telescópio de 8m Subaru para iniciar essa busca por mais evidências e pelo próprio planeta.

Contrário ao que foi dito em muitas mídias sobre este estudo, Batygin e Brown não afirmam ter encontrado um novo planeta. Eles determinam que o agrupamento dos KBOs distantes tem provavelmente origem dinâmica e encontram um mecanismo físico que pode gerar e manter esse agrupamento peculiar de elementos orbitais, que é consistente com a existência de um planeta. Certamente mais observações e análises serão necessárias para provar ou refutar a teoria de um nono planeta. Por agora, encerramos esta história com as palavras de Mike Brown: “Matar Plutão foi divertido, mas isso é melhor do que qualquer coisa”.


Original em inglês: Planet IX, por Michael Zevin.

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