Conforme noticiado pelo Olhar Digital, um estudo liderado por astrônomos do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG/USP), confirma que estrelas podem engolir planetas ao longo de sua evolução e incorporar esse material à própria composição química.

Publicada na revista Astronomy & Astrophysics, a descoberta pode ajudar os cientistas a reconstruir a história de antigos sistemas planetários. A pesquisa, conduzida em colaboração com especialistas da Polônia, Itália, China e Austrália, analisou um par de estrelas muito semelhantes e encontrou pistas químicas que sugerem que uma delas devorou um planeta rochoso – o mesmo tipo da Terra.

As estrelas investigadas, chamadas HD 129171 e HD 129209, formam um sistema binário, ou seja, orbitam uma à outra. Além disso, são consideradas estrelas “gêmeas”, pois nasceram ao mesmo tempo e a partir da mesma nuvem de gás e poeira.

Imagem do sistema binário de estrelas HD 129171 e HD 129209. – Crédito: Digital Sky Survey via Aladin/Anne Rathsam

Segundo a astrônoma Anne Rathsam, doutoranda do IAG/USP e autora principal do estudo, a expectativa é que estrelas formadas nessas condições apresentem a mesma composição química. Isso porque elas surgem de uma mesma nuvem primordial, que os modelos atuais consideram quimicamente homogênea. Como também têm massas e tamanhos semelhantes, espera-se que tenham passado por processos de evolução estelar muito parecidos.

No entanto, há anos os astrônomos observam que algumas estrelas gêmeas possuem diferenças inesperadas na quantidade de certos elementos, um mistério que ainda não tinha uma explicação convincente. No caso de HD 129171 e HD 129209, as discrepâncias químicas observadas são significativas.

Parte do material engolido se integrou à química da estrela

Em entrevista ao Olhar Digital, Rathsam disse que só havia duas possíveis explicações para esse fenômeno. “Ou as nuvens que formam estrelas não são quimicamente homogêneas como nossas teorias de formação estelar assumem, ou uma das estrelas engoliu um planeta”.

Os resultados do estudo reforçam a segunda hipótese. Quando uma estrela absorve um planeta, parte desse material passa a integrar suas camadas externas, alterando sua composição química.

“Podemos separar os elementos químicos em dois grupos: elementos refratários, que são normalmente encontrados em estado sólido no Universo e, portanto, são os principais componentes de planetas rochosos e núcleos rochosos de planetas gigantes, e elementos voláteis, que são normalmente encontrados em estado gasoso”, explicou a líder do estudo, que focou especialmente nos elementos refratários. 

Representação visual de uma estrela “engolindo” um planeta rochoso – Crédito: Imagem gerada por IA/Gemini

Ao comparar as duas estrelas, a equipe identificou um padrão revelador. Quanto mais refratário era o elemento analisado, maior era a diferença observada entre elas. Isso indicava que uma das estrelas havia recebido uma quantidade extra desse material sólido.

“O que observamos é que apesar de as abundâncias de elementos voláteis serem similares entre HD 129171 e HD 129209, HD 129171 é mais rica em elementos refratários, e quanto mais refratário o elemento, maior a diferença química”, disse Rathsam. 

Segundo ela, dois elementos refratários em particular fornecem as principais pistas: o lítio e o berílio. “Esses elementos são lentamente destruídos pelas estrelas conforme elas evoluem, e nenhum deles é produzido no seu interior. Assim, a única forma de aumentar a quantidade de lítio e berílio que uma estrela possui é via acresção de material rochoso. Então, como HD 129171 é muito mais rica em elementos refratários do que HD 129209, e em especial, possui uma maior abundância de lítio e berílio, nós temos evidências fortes que indicam que HD 129171 ingeriu um planeta”. 

Esses elementos também possuem outra característica importante: são destruídos pelo calor extremo existente no interior estelar. O lítio desaparece em temperaturas de cerca de 2,5 milhões de graus Celsius, enquanto o berílio resiste até aproximadamente 3,5 milhões de graus.

“Se pensarmos em uma estrela como o Sol, por exemplo, apesar de ter cerca de 5800°C em sua superfície, o interior é muito mais quente, e as temperaturas no centro chegam a atingir até 15 milhões de graus Celsius. Assim, ambos os elementos sofrem destruição ao longo da vida da estrela”. 

Isso significa que o excesso desses elementos não dura para sempre. Com o passar do tempo, eles vão sendo consumidos pelo calor e sua assinatura química enfraquece gradualmente.

O berílio, porém, apresenta uma vantagem. Como suporta temperaturas mais elevadas antes de ser destruído, sua presença pode permanecer detectável por mais tempo. Segundo Rathsam, isso faz dele um indicador mais confiável para identificar estrelas que engoliram planetas em algum momento de sua história.

Durante processo de formação de planetas, é possível que elementos químicos que se condensam com facilidade, entre eles o lítio e o ferro, formem sólidos, como os planetas rochosos, similares à Terra; assim, o lítio teria sido “roubado” da nuvem-mãe na constituição dos sistemas planetários, deixando a estrela hospedeira empobrecida do elemento. – Créditos: Nasa/FUSE/Lynette Cook/Divulgação ESO Pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP estudaram uma amostragem de 192 estrelas parecidas com o Sol e encontraram uma correlação entre a presença de planetas e um baixo conteúdo de lítio nas suas estrelas hospedeiras por eles orbitadas. Este achado pode ajudar a explicar por que o Sol tem uma abundância de lítio anormalmente baixa em comparação com suas estrelas “gêmeas”, similares a ele. E também pode ajudar a identificar estrelas que têm planetas em suas órbitas a partir da análise de sua composição química. A descoberta foi feita utilizando dados do telescópio de 3,6 metros do Observatório Europeu do Sul (ESO), instalado no Chile, e o estudo é descrito em artigo que acaba de ser publicado na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. O que torna nosso Sol único? O Sol é apenas uma dentre bilhões de estrelas em nossa galáxia, a Via Láctea, mas a única encontrada até o momento que hospeda seres vivos. Isso leva os astrônomos a acreditarem que a vida é algo extremamente raro no Universo. Além disso, as condições necessárias para o desenvolvimento da vida, como, por exemplo, água em estado líquido, ainda não são completamente conhecidas. Assim, os astrônomos voltam sua atenção ao único exemplo conhecido com vida. Especificamente, querem saber qual aspecto torna o Sol tão único. Quão parecido ou diferente é o Sol em comparação às outras estrelas do Universo? Diversos estudos conduzidos com “gêmeas solares” (estrelas com massa, temperatura e composição química muito parecidas com as do Sol) vêm revelando essa peculiaridade de nossa estrela hospedeira: o Sol possui um conteúdo de lítio muito mais baixo do que suas gêmeas de mesma idade. Anne Rathsam – Foto: arquivo pessoal​ Anne Rathsam – Foto: Arquivo Pessoal Essa característica pode ser resultado do processo de formação do sistema solar. “Todo sistema planetário – composto tanto pela estrela quanto por seus planetas – é formado a partir de uma mesma nuvem de gás e poeira. Portanto, eles têm os mesmos elementos químicos disponíveis para a sua formação. Elementos que não são facilmente condensados a altas temperaturas, como o hidrogênio ou o nitrogênio, são encontrados geralmente em forma gasosa, e são usados para compor a estrela e os planetas gasosos”, explica a astrônoma Anne Rathsam, autora principal do estudo e doutoranda no IAG. “Por outro lado, elementos que se condensam com facilidade, por exemplo, o lítio e o ferro, formam sólidos, como os planetas rochosos, como a Terra. Sendo assim, é possível que o lítio seja ‘roubado’ da nuvem-mãe durante a formação dos sistemas planetários para compor os planetas, deixando a estrela hospedeira empobrecida em lítio.” A pesquisa foi conduzida utilizando dados do espectrógrafo High-Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) do ESO para 36 estrelas que possuem planetas e 156 estrelas sem planetas detectados. O espectrógrafo, que age como um prisma, é um equipamento que decompõe a luz da estrela nas diferentes frequências, e revela assinaturas que refletem sua composição química. É seguindo este princípio que os pesquisadores puderam determinar o conteúdo de lítio das estrelas estudadas, com o objetivo de comparar a abundância de lítio de estrelas com e sem planetas em busca de possíveis correlações. Espectrógrafo High-Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) do ESO, equipamento que age como um prisma, decompondo a luz da estrela nas diferentes frequências, revelando assinaturas que refletem sua composição química – Foto: ESO/CC BY 4.0 Comparações Fazer esta comparação não é uma tarefa tão simples quanto parece: “O lítio é um elemento químico muito frágil. Ele é facilmente destruído no interior quente de estrelas, e sua abundância tende a diminuir conforme as estrelas envelhecem”, explica Anne Rathsam. “Além disso, a quantidade de lítio que é destruída depende também da massa e do conteúdo de metais da estrela – quanto menor a massa ou maior a presença de metais, maior será a quantidade de lítio destruída. Assim, estrelas diferentes possuem conteúdos de lítio diferentes.” Em 2015, lítio foi detectado pela primeira vez em material ejetado pela Nova Centauri 2013; resultados encontrados pelos astrônomos durante a pesquisa revelam que estrelas sem planetas conservam cerca do dobro do conteúdo de lítio de estrelas com planetas – Foto: ESO/CC BY 4.0 Dessa forma, a equipe selecionou para comparação apenas estrelas sem planetas com massas, idades e abundâncias de metais próximas às de estrelas com planetas. “Diversos estudos anteriores compararam a abundância de lítio de estrelas com e sem planetas sem selecionar estrelas de comparação parecidas com as hospedeiras de planetas, o que pode introduzir um viés na análise devido a todos os fatores que influenciam na abundância de lítio de uma estrela”, descreve a astrônoma. “Além disso, o problema costuma ser abordado de forma apenas qualitativa, sem uma tentativa de quantificar os efeitos da presença de planetas na abundância química da estrela. Assim, apesar da possível conexão entre lítio e a presença de planetas ser estudada há anos, os resultados de estudos anteriores eram inconclusivos”, completa a astrônoma. Os resultados encontrados revelam que estrelas que não têm planetas conservam aproximadamente o dobro do conteúdo de lítio de estrelas com planetas. Os testes estatísticos feitos pelos pesquisadores indicam que é improvável que esse resultado seja obtido ao acaso, ou seja, a probabilidade de que o resultado reflita o comportamento real das estrelas é alta, cerca de 99%. “Encontramos mais um argumento em favor da hipótese de que o Sol possui composição química diferente de suas estrelas gêmeas devido, ao menos parcialmente, à presença de planetas”, afirma Anne Rathsam. “Não apenas isso, mas agora podemos buscar por estrelas que possuem planetas a partir do estudo de suas abundâncias químicas. Quando identificarmos uma estrela com conteúdo de lítio anormalmente baixo, como no caso do Sol, teremos um indicativo de que ela pode ter planetas ainda não detectados em sua órbita.” Em um contexto mais amplo, o estudo do lítio em diversos tipos de estrelas tem relevância fundamental na astronomia. “O lítio é um elemento fascinante. A abundância desse elemento nas estrelas mais antigas da galáxia nos fornece informações cruciais sobre os primeiros minutos do Universo”, destaca o professor do IAG, Jorge Meléndez, coautor do artigo. “Embora não seja possível enxergar diretamente o interior estelar, o lítio é importante pois é sensível às condições de temperatura no interior das estrelas, o que permite avaliar modelos de evolução das estrelas. E, como mostrado em nosso estudo, esse elemento também parece ser chave para identificar estrelas que possuem planetas.” Jorge Meléndez – Foto: Marcos Santos/USP Imagens Jorge Meléndez – Foto: Marcos Santos/USP Imagens Além de Anne Rathsam e do professor Jorge Meléndez, o estudo teve a colaboração de Gabriela Carvalho Silva, do IAG. A pesquisa recebeu financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), sendo descrita no artigo científico Lithium depletion in solar analogs: age and mass effects, publicado em 9 de novembro. Mais informações: e-mails annerathsam@usp.br, com Anne Rathsam, e jorge.melendez@iag.usp.br, com o professor Jorge Meléndez * Com informações de Anne Rathsam (IAG) e edição de Júlio Bernardes **Estagiária sob supervisão de Moisés Dorado Leia mais Com participação brasileira, começa a ser produzido o maior mapa 3D do Universo Em uma década, por meio das observações do projeto Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey (J-PAS), serão mapeadas centenas de milhões de galáxias e estrelas Matéria visível de aglomerados de galáxias concentra emissões mais potentes de raios gama Resultado do estudo, baseado em simulações matemáticas e dados de medição da radiação, contribuirá com pesquisas sobre a matéria escura do Universo Investigação com o Telescópio James Webb sobre morte de estrela contou com a colaboração de brasileiros Pesquisadores do Brasil participaram de grupo internacional responsável pela análise das primeiras imagens captadas pelo novo telescópio espacial, identificando estrelas escondidas Política de uso A reprodução de matérias e fotografias é livre mediante a citação do Jornal da USP e do autor. 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Quantos planetas foram devorados?

Para realizar a investigação, os cientistas utilizaram dados obtidos pelo espectrógrafo UVES, instalado no Very Large Telescope (VLT), um dos maiores telescópios do mundo, localizado no Chile. O equipamento separa a luz das estrelas em diferentes comprimentos de onda, permitindo identificar os elementos químicos presentes em suas atmosferas.

As observações mostraram que HD 129171 e HD 129209 possuem composições muito parecidas quando se analisam os elementos voláteis. A diferença surgiu justamente entre os elementos refratários.

A estrela HD 129171 apresentou concentrações significativamente maiores desses elementos, incluindo lítio e berílio. Como explicou Rathsam, essa combinação representa uma forte evidência de que ela absorveu um planeta rochoso no passado.

A pesquisadora Anne Rathsam, líder do estudo. – Crédito: Arquivo pessoal

Ainda existem questões em aberto. Os cientistas não conseguem determinar se a estrela engoliu um único planeta de grande porte ou vários corpos menores. Da mesma forma, não é possível saber exatamente quando o evento aconteceu.

Mesmo assim, a presença de lítio e berílio em excesso sugere que a ingestão ocorreu em um período relativamente recente, pelo menos em termos astronômicos. Caso tivesse acontecido há muito mais tempo, esses elementos já teriam sido destruídos pelo calor interno da estrela.

Além de explicar diferenças químicas observadas entre estrelas gêmeas, a descoberta traz novas informações sobre a evolução dos sistemas planetários. Os resultados reforçam a hipótese de que a destruição de planetas por suas estrelas pode ser um fenômeno relativamente comum no Universo.

Essa possibilidade também levanta questões sobre a busca por vida fora da Terra. O Sistema Solar é considerado relativamente estável, com planetas que mantêm órbitas regulares há bilhões de anos.

Se muitos sistemas planetários forem mais instáveis do que o nosso, alguns planetas podem acabar sendo destruídos antes mesmo de desenvolver condições favoráveis ao surgimento da vida. Nesse contexto, a identificação de assinaturas químicas deixadas por planetas engolidos pode ajudar os cientistas a compreender melhor quais ambientes têm maior potencial para permanecer habitáveis ao longo do tempo.

O post Estrela engoliu planeta semelhante à Terra – cientista brasileira explica evidências  apareceu primeiro em Olhar Digital.