Nova técnica identifica estrelas que engoliram planetas

 

Representação artística de um sistema estelar binário,
com uma das estrelas engolindo um planeta
(imagem: Anne Rathsam/com IA)

Pesquisa internacional liderada por equipe da USP sugere que sistemas estáveis – como o Sistema Solar – talvez sejam menos comuns do que se imaginava, o que impacta o surgimento de vida complexa

 

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) desenvolveu um método inovador para identificar estrelas que engoliram os planetas ao seu redor. A técnica baseia-se na detecção de variações na abundância de berílio – um elemento químico relativamente raro – e poderá abrir uma nova janela para o estudo da evolução de sistemas planetários.

Publicado hoje (16/06) na revista Astronomy & Astrophysics, o estudo analisou um sistema binário formado por duas estrelas muito semelhantes entre si, ambas do tipo solar (com características físicas, químicas e de atividade magnética semelhantes às do nosso Sol), chamadas HD 129171 e HD 129209. Em princípio, estrelas binárias como essas deveriam apresentar praticamente a mesma composição química, pois nasceram ao mesmo tempo e da mesma nuvem molecular (aglomerados de poeira e gás que funcionam como berçários estelares). No entanto, os pesquisadores encontraram diferenças significativas entre elas.

“A estrela HD 129171 apresenta enriquecimento em elementos refratários, isto é, elementos que normalmente condensam em estado sólido e constituem planetas rochosos. Isso sugere fortemente que ela engoliu material planetário ao longo de sua evolução”, conta a doutoranda do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG-USP) Anne Rathsam, bolsista da FAPESP e primeira autora do artigo.

Os cientistas já suspeitavam anteriormente que algumas estrelas poderiam incorporar planetas ou fragmentos planetários. O diferencial do novo trabalho foi demonstrar, pela primeira vez, que diferenças na abundância de berílio em estrelas binárias podem funcionar como marcadores confiáveis desse processo.

O berílio possui uma característica importante: ele não é fabricado no “coração” das estrelas ao longo de sua evolução. Por isso, quando os astrônomos detectam a assinatura desse elemento na luz que a estrela emite, funciona como um sinal de alerta. Indica que a estrela engoliu material rochoso – como restos de planetas – muito tempo depois de ter se formado.

Como explicam os autores, os elementos lítio, berílio e boro constituem uma exceção importante na história química do Universo. “Todos os outros elementos químicos têm sua origem na nucleossíntese primordial [a formação dos primeiros núcleos atômicos nos minutos iniciais logo após o Big Bang] ou na nucleossíntese estelar [o processo de fusão nuclear que ocorre no interior das estrelas ao longo de suas vidas]. Mas o berílio e o boro não. Eles surgem principalmente por um processo chamado ‘espalação cósmica’, no qual partículas de alta energia fragmentam núcleos mais pesados, como carbono, nitrogênio e oxigênio, produzindo elementos mais leves”, descreve o astrônomo Jorge Luis Melendez Moreno, professor do IAG-USP e orientador do estudo.

O lítio também é produzido principalmente por espalação, embora uma quantidade ínfima desse elemento tenha surgido na nucleossíntese primordial e ele possa surgir também, em circunstâncias especiais, em alguns tipos de estrelas.

“O lítio já vinha sendo usado como possível indicador de engolfamento planetário, mas ele é destruído com relativa facilidade. O berílio é mais resistente e sua assinatura química pode durar mais tempo”, explica Rathsam.

Imagem real do sistema binário estudado (imagem: Digital Sky Survey/Aladin/Anne Rathsam)

 Mais de 11 planetas iguais à Terra

Para realizar o estudo, a equipe utilizou dados obtidos com o espectrógrafo UVES, instalado no Very Large Telescope (VLT), do Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile. O instrumento decompõe a luz das estrelas em diferentes comprimentos de onda, permitindo identificar assinaturas químicas extremamente sutis.

As observações mostraram que a HD 129171 possui abundância significativamente maior de elementos refratários – como ferro, magnésio, silício, cálcio e titânio – em comparação com sua companheira HD 129209. Além disso, a estrela apresenta excesso tanto de lítio quanto de berílio. Segundo os pesquisadores, o padrão observado é compatível com a ingestão equivalente a mais de 11 vezes a massa da Terra de material rochoso.

“Esse material pode ter vindo de um único grande planeta ou da soma de vários corpos menores. Mas, no caso de estrelas semelhantes ao Sol, a mistura interna é tão eficiente que a assinatura química final não permite distinguir esses cenários”, comenta Rathsam.

Embora a principal contribuição original do trabalho tenha sido a análise química, que possibilitou eleger o berílio como marcador de episódios de engolfamento planetário, os autores também discutiram, com base na literatura previamente estabelecida, os mecanismos dinâmicos capazes de levar planetas a cair em suas estrelas hospedeiras. Entre eles, interações gravitacionais entre planetas, perturbações produzidas por estrelas companheiras e processos de migração orbital. Esses mecanismos podem tornar as órbitas altamente excêntricas e instáveis, fazendo com que planetas sejam ejetados do sistema, colidam entre si ou acabem sendo absorvidos pela estrela central.

Uma implicação importante do estudo diz respeito à possível raridade de sistemas estáveis, como o Sistema Solar. Melendez ressalta que diversas linhas independentes de evidência apontam na mesma direção. Simulações computacionais de formação planetária mostram que arquiteturas semelhantes à do Sistema Solar – com planetas gigantes em órbitas externas quase circulares e planetas rochosos em órbitas internas estáveis – não surgem com frequência. Além disso, levantamentos observacionais realizados com estrelas semelhantes ao Sol encontraram poucos análogos de Júpiter em órbitas comparáveis à do gigante gasoso do nosso sistema.

“Quando reunimos evidências provenientes de simulações dinâmicas, observações de exoplanetas e estudos químicos de estrelas binárias, surge um quadro consistente indicando que sistemas parecidos com o Sistema Solar talvez sejam menos comuns do que imaginávamos”, pontua o pesquisador.

Melendez conta ainda que sistemas binários são muito comuns na Via Láctea. Estimativas atuais indicam que aproximadamente metade das estrelas da galáxia possui uma companheira gravitacional. Como as duas estrelas de um sistema binário se formam praticamente ao mesmo tempo e a partir da mesma nuvem molecular, diferenças químicas entre elas constituem um forte indício de que processos posteriores – como a ingestão de planetas – alteraram sua composição original.

“Em nosso sistema planetário, os planetas possuem órbitas relativamente estáveis e pouco excêntricas. Mas, se o engolfamento planetário for realmente comum, isso sugere que muitos sistemas passam por fases dinâmicas violentas”, enfatiza Rathsam. Segundo ela, isso pode ter implicações diretas para a existência de vida complexa.

“A vida não precisaria apenas de bilhões de anos para surgir e evoluir. O planeta também teria que permanecer em uma órbita suficientemente estável para sobreviver a perturbações gravitacionais importantes”, explica.

Além de lançar luz sobre a evolução de sistemas planetários, o estudo possui implicações para teorias de formação estelar e para uma técnica conhecida como “chemical tagging” (marcação química), utilizada para reconstruir a história da Via Láctea com base na composição química das estrelas.

Se as diferenças químicas observadas em estrelas binárias fossem causadas por heterogeneidades na nuvem primordial que lhes deu origem, isso exigiria revisão de modelos atualmente aceitos sobre formação estelar. Os resultados obtidos pela equipe favorecem, porém, a hipótese de ingestão planetária.

Participaram do estudo pesquisadores da USP, da Academia Polonesa de Ciências, da Academia Chinesa de Ciências, da Monash University, na Austrália, e de observatórios astronômicos italianos. O trabalho também recebeu apoio da FAPESP por meio de um Projeto Temático coordenado por Melendez.

O artigo Planet engulfment in the chemically anomalous HD 129171/HD 129209 pair pode ser lido em: aanda.org/articles/aa/full_html/2026/06/aa59556-26/aa59556-26.html.

 

José Tadeu Arantes

Agência FAPESP
https://agencia.fapesp.br/nova-tecnica-identifica-estrelas-que-engoliram-planetas/58417