Astrônomos descobrem como identificar estrelas que devoraram planetas

Ilustração de um sistema binário em que uma estrela engole um planeta. — Foto: Anne Rathsam/Adobe Firefly

Duas estrelas "gêmeas", nascidas ao mesmo tempo e da mesma nuvem de gás e poeira, deveriam ter exatamente a mesma composição química.

Mas não é isso que astrônomos têm observado em alguns sistemas binários — pares de estrelas que orbitam uma à outra.

Em alguns casos, uma das estrelas aparece mais "enriquecida" em determinados elementos do que sua gêmea, e os cientistas ainda não sabiam exatamente por quê.

Uma nova pesquisa, liderada por astrônomos do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG/USP), em parceria com cientistas da Polônia, Itália, China e Austrália, encontrou uma explicação para esse mistério.

E, de quebra, uma nova ferramenta para identificar estrelas que, no passado, podem ter devorado um de seus próprios planetas.

O estudo, publicado na revista "Astronomy & Astrophysics", analisou o par de estrelas HD 129171 e HD 129209 e descobriu que uma delas tem uma quantidade maior de certos elementos químicos do que a outra.

Para os cientistas, essa diferença é a "marca" deixada por um planeta rochoso que foi engolido.

Em entrevista ao g1, a astrônoma Anne Rathsam, aluna de doutorado no IAG/USP e autora principal do estudo, explicou o passo a passo da descoberta e o que ela representa.

Segundo Rathsam, para entender o que aconteceu com essas estrelas, é preciso primeiro olhar para sua composição química.

"O que 'entrega' que a estrela engoliu um planeta é a sua composição química", explicou a pesquisadora. "Quando a estrela ingere um de seus planetas, esse material é misturado na sua superfície."

A astrônoma destaca que existem dois grandes grupos de elementos químicos: os voláteis, que costumam existir na forma de gás, e os refratários, que normalmente formam sólidos — e que são justamente os principais ingredientes de planetas rochosos, como a Terra, e dos núcleos de planetas gigantes, como Júpiter.

Foi exatamente esse segundo grupo que chamou a atenção dos pesquisadores. Ao comparar as duas estrelas do par, eles notaram algo curioso: quanto mais "refratário" era o elemento analisado, maior era a diferença entre as duas estrelas.

A estrela HD 129171 se mostrou consistentemente mais rica nesses materiais do que sua gêmea, HD 129209 — um padrão que, segundo os cientistas, só faz sentido se ela tiver "absorvido" rocha extra em algum momento de sua história.

Dentro desse grupo de elementos refratários, dois deles roubaram a cena na pesquisa: o lítio e, principalmente, o berílio.

A explicação está na forma como esses elementos se comportam dentro de uma estrela.

Nenhum dos dois é produzido no interior estelar — ou seja, qualquer "sobra" inesperada desses elementos só pode ter vindo de fora, da ingestão de material rochoso.

Ao mesmo tempo, ambos vão sendo lentamente destruídos pelo calor extremo do núcleo da estrela conforme o tempo passa.

Imagem das estrelas gêmeas HD 129171 e HD 129209. — Foto: Digital Sky Survey via Aladin/Anne Rathsam

A diferença é que o lítio é destruído a temperaturas mais baixas — cerca de 2,5 milhões de graus Celsius — enquanto o berílio resiste até cerca de 3,5 milhões de graus. Para se ter uma ideia, mesmo o Sol, com sua superfície "amena" de 5.800°C, tem um núcleo que chega a 15 milhões de graus.

Isso significa que, quando uma estrela engole um planeta, ela ganha um "excesso" temporário de lítio e berílio — mas, com o tempo, esse sinal vai se apagando.

Como o berílio aguenta temperaturas mais altas antes de ser destruído, sua marca dura mais tempo do que a do lítio.

Por essa razão, segundo a pesquisadora, estudos anteriores sobre possíveis casos de "estrelas devoradoras de planetas" haviam deixado o berílio de lado, justamente pela dificuldade técnica de medi-lo — uma lacuna que esta pesquisa ajudou a preencher.

— Anne Rathsam, aluna de doutorado no IAG/USP e autora principal do estudo.

Para chegar a essas conclusões, a equipe usou dados do espectrógrafo UVES, instalado no telescópio VLT (Very Large Telescope), de 8,2 metros, do Observatório Europeu do Sul, no Chile. Esse instrumento funciona como um prisma sofisticado, separando a luz das estrelas em diferentes frequências e revelando a presença de cada elemento químico.

A análise mostrou que HD 129171 e HD 129209 têm composições parecidas quando se trata de elementos voláteis — como esperado para duas estrelas "gêmeas".

Porém, quando o foco passa para os elementos refratários, HD 129171 se destaca como a mais "enriquecida" das duas, com abundâncias maiores também de lítio e berílio.

"Como HD 129171 é muito mais rica em elementos refratários do que HD 129209 (e quanto mais refratário o elemento, maior a diferença), e em especial, possui uma maior abundância de lítio e berílio, nós temos evidências fortes que indicam que HD 129171 ingeriu um planeta", explica Rathsam.

Ilustração do Sistema Solar — Foto: Agência Espacial Europeia/Silicon Worlds

E dá para saber que tipo de planeta foi engolido ou quando isso aconteceu? Segundo Rathsam, só parcialmente.

A assinatura química mostra que houve ingestão de material rochoso, mas não revela se ele veio de um único planeta grande ou de vários corpos menores — em estrelas com massa parecida com a do Sol, como as do estudo, todo o material acrescido se mistura e some rapidamente, tornando os dois cenários indistinguíveis.

Já o "quando" tem uma pista: como o lítio e o berílio extras ainda não foram totalmente destruídos, o evento precisa ter sido relativamente recente na escala astronômica, embora uma data exata dependa de modelos teóricos ainda pouco precisos.

O ponto mais intrigante, porém, está nas implicações para a busca por vida fora da Terra. Pares de estrelas "gêmeas" com química diferente intrigavam os astrônomos: ou as nuvens que formam as estrelas não são tão homogêneas quanto se pensava, ou parte das estrelas engole seus próprios planetas em algum momento.

A descoberta do par HD 129171/HD 129209, com a nova "ferramenta" do berílio, reforça a segunda hipótese — bem diferente do Sistema Solar, que tem "oito planetas com órbitas quase circulares e muito estáveis", como destacou Rathsam.

Se sistemas instáveis forem comuns no universo, sistemas como o Solar podem ser mais raros do que se imagina.

E isso importa porque a vida complexa requer milhares de anos para que possa surgir e evoluir — algo que só acontece em um planeta que não seja destruído pela própria estrela ao longo do caminho.

Ops!