Júpiter é composto quase inteiramente de hidrogênio e hélio. As quantidades de cada uma estão de acordo com as quantidades teóricas na nebulosa solar primordial. Mas também contém outros elementos mais pesados, que os astrônomos chamam de metais. Embora os metais sejam um pequeno componente de Júpiter, sua presença e distribuição dizem muito aos astrônomos.
De acordo com um novo estudo, o conteúdo e a distribuição de metais de Júpiter significam que o planeta comeu muitos planetesimais rochosos em sua juventude.
Desde que a espaçonave Juno da NASA chegou a Júpiter em julho de 2016 e começou a coletar dados detalhados, está transformando nossa compreensão da formação e evolução de Júpiter. Uma das características da missão é o instrumento Gravity Science. Ele envia sinais de rádio entre Juno e a Deep Space Network na Terra. O processo mede o campo gravitacional de Júpiter e informa aos pesquisadores mais sobre a composição do planeta.
Quando Júpiter se formou, começou por acumular material rochoso. Seguiu-se um período de rápida acreção de gás da nebulosa solar e, após muitos milhões de anos, Júpiter tornou-se o gigante que é hoje. Mas há uma questão significativa em relação ao período inicial de acreção rochosa. Ele agregou massas maiores de rochas como planetesimais? Ou agregou material do tamanho de seixos? Dependendo da resposta, Júpiter se formou em diferentes escalas de tempo.
Um novo estudo se propôs a responder a essa pergunta. É intitulado “O envelope não homogêneo de Júpiter” e foi publicado na revista Astronomy and Astrophysics. A autora principal é Yamila Miguel, professora assistente de astrofísica no Observatório de Leiden e no Instituto Holandês de Pesquisa Espacial.
Estamos nos acostumando com lindas imagens de Júpiter graças à JunoCam da espaçonave Juno. Mas o que vemos é apenas superficial. Todas essas imagens fascinantes das nuvens e tempestades são apenas a fina camada de 50 km (31 milhas) da atmosfera do planeta. A chave para a formação e evolução de Júpiter está profundamente enterrada na atmosfera do planeta, que tem dezenas de milhares de quilômetros de profundidade.
É amplamente aceite que Júpiter é o planeta mais antigo do Sistema Solar. Mas os cientistas querem saber quanto tempo levou para se formar. Os autores do artigo queriam sondar os metais na atmosfera do planeta usando o experimento Gravity Science de Juno. A presença e distribuição de seixos na atmosfera do planeta desempenham um papel central na compreensão da formação de Júpiter, e o experimento Gravity Science mediu a dispersão de seixos por toda a atmosfera. Antes de Juno e seu experimento Gravity Science, não havia dados precisos sobre os harmônicos gravitacionais de Júpiter.
Os pesquisadores descobriram que a atmosfera de Júpiter não é tão homogênea quanto se pensava anteriormente. Mais metais estão perto do centro do planeta do que nas outras camadas. Ao todo, os metais somam entre 11 e 30 massas terrestres.
Com os dados nas mãos, a equipe construiu modelos da dinâmica interna de Júpiter. “Neste artigo, reunimos a coleção mais abrangente e diversificada de modelos do interior de Júpiter até hoje e a usamos para estudar a distribuição de elementos pesados no envelope do planeta”, escrevem eles.
A equipe criou dois conjuntos de modelos. O primeiro conjunto é de modelos de 3 camadas e o segundo é de modelos de núcleo diluído.
“Existem dois mecanismos para um gigante gasoso como Júpiter adquirir metais durante sua formação: através do acréscimo de pequenos seixos ou planetesimais maiores”, disse o principal autor Miguel. “Sabemos que uma vez que um planeta bebê é grande o suficiente, ele começa a empurrar pedrinhas. A riqueza de metais dentro de Júpiter que vemos agora é impossível de alcançar antes disso. Assim, podemos excluir o cenário com apenas seixos como sólidos durante a formação de Júpiter. Planetesimais são grandes demais para serem bloqueados, então eles devem ter desempenhado um papel.”
A abundância de metais no interior de Júpiter diminui com a distância do centro. Isso significa uma falta de convecção na atmosfera profunda do planeta, que os cientistas pensavam estar presente. “Antes, pensávamos que Júpiter tinha convecção, como água fervente, tornando-a completamente misturada”, disse Miguel. “Mas nossa descoberta mostra de forma diferente.”
“Demonstramos de forma robusta que a abundância de elementos pesados não é homogênea no envelope de Júpiter”, escrevem os autores em seu artigo. “Nossos resultados implicam que Júpiter continuou a acumular elementos pesados em grandes quantidades enquanto seu envelope de hidrogênio-hélio estava crescendo, ao contrário das previsões baseadas na massa de isolamento de seixos em sua encarnação mais simples, favorecendo modelos híbridos mais complexos ou baseados em planetesimais.”
Os autores também concluem que Júpiter não se misturou por convecção depois de se formar, mesmo quando ainda era jovem e quente.
Os resultados da equipe também se estendem ao estudo de exoplanetas gasosos e aos esforços para determinar sua metalicidade. “Nosso resultado … fornece um exemplo básico para exoplanetas: um envelope não homogêneo implica que a metalicidade observada é um limite inferior para a metalicidade do planeta”.
No caso de Júpiter, não havia como determinar sua metalicidade à distância. Somente quando Juno chegou, os cientistas puderam medir a metalicidade indiretamente. “Portanto, metalicidades inferidas de observações atmosféricas remotas em exoplanetas podem não representar a metalicidade em massa do planeta.”
Quando o Telescópio Espacial James Webb inicia as operações científicas, uma de suas tarefas é medir as atmosferas dos exoplanetas e determinar sua composição. Como este trabalho mostra, os dados fornecidos pelo Webb podem não capturar o que está acontecendo nas camadas mais profundas dos planetas gigantes de gás.
Autor: EVAN GOUGH 10/06/2022