Um sobrevoo estelar agitou o sistema solar externo

Um antigo transeunte pode ter visitado o Sol e inadvertidamente ajudado a moldar o Sistema Solar no que ele é hoje. Isso aconteceu bilhões de anos atrás, quando um vagabundo estelar chegou a 110 unidades astronômicas (UA) do nosso Sol. Os efeitos foram duradouros e podemos ver evidências do encontro fugaz do visitante por todo o Sistema Solar.

Netuno é o planeta mais externo do Sistema Solar e, por uma definição simples, pode marcar a borda do Sistema Solar. Há um reino inteiro de outros objetos além de Netuno chamado Cinturão de Kuiper. É o lar de Plutão, da maioria dos planetas anões e de alguns cometas. Os astrônomos não têm certeza de quão grande é a população do Cinturão de Kuiper, mas ele pode conter dezenas de milhares de objetos maiores que 100 km de diâmetro.

Alguns desses objetos têm órbitas incomuns e são chamados Objetos transnetunianos (TNO). Em uma nova pesquisa, uma equipe de astrônomos sugere que essas órbitas, e algumas outras evidências no Sistema Solar, apoiam a ideia de que outra estrela passou pelo nosso Sistema Solar e levou esses objetos para suas órbitas atuais. A estrela pode ter perturbado alguns objetos tão fortemente que eles foram levados para o Sistema Solar interno e se estabeleceram como luas ao redor dos planetas gigantes.

Esses resultados estão em dois novos artigos. Um foi publicado na revista Nature e é intitulado “Trajetória do voo estelar moldando o sistema solar externo.” O segundo foi publicado no Astrophysical Journal Letters e é intitulado “Luas irregulares possivelmente injetadas do sistema solar externo por um sobrevoo estelar.” Susanne Pfalzner, autora principal de ambos, é do Jülich Supercomputing Center, Forschungszentrum (Research Center) Jülich, Jülich, Alemanha.

Enquanto Netuno marca o limite mais externo dos planetas em nosso Sistema Solar, uma população inteira de objetos existe além dele. “No entanto, vários milhares de corpos celestes são conhecidos por se moverem além da órbita de Netuno”, disse Pfalzner. “Surpreendentemente, muitos desses chamados objetos transnetunianos se movem em órbitas excêntricas que são inclinadas em relação ao plano orbital comum dos planetas no sistema solar.”

Plutão é o TNO mais conhecido porque costumava ser considerado um planeta. Sua órbita é inclinada em 17 graus em relação à eclíptica, um plano imaginário que a Terra segue enquanto orbita o Sol. Na eclíptica, considera-se que a Terra orbita o Sol a zero grau, e nenhum dos outros planetas é inclinado em mais do que apenas sete graus.

Pfalzner e seus co-pesquisadores usaram simulações para tentar entender como alguns objetos são inclinados. Eles executaram mais de 3.000 simulações de supercomputadores em seu esforço. Eles queriam investigar a ideia de que uma estrela passageira poderia ser responsável, e seu trabalho mostrou que sim.

“Nosso estudo exaustivo de parâmetros numéricos consiste em mais de 3.000 simulações individuais modelando o efeito de um sobrevoo estelar em um disco planetesimal ao redor do Sol, estendendo-se a 150?au e 300?au, respectivamente”, escrevem os autores em sua pesquisa.

Existem três populações distintas de TNOs:

• os objetos frios do cinturão de Kuiper movendo-se em órbitas quase circulares perto do plano,
• os TNOs do tipo Sedna orbitando a grandes distâncias (rp?>?60?au) em órbitas altamente excêntricas (e?>?0,5),
• TNOs com alta inclinação (i?>?60°).

Qualquer teoria sobre a formação do Sistema Solar tem que explicar esses três grupos, de acordo com os autores. “Embora apenas três objetos semelhantes a Sedna e poucos TNOs altamente inclinados sejam conhecidos até agora, eles são o teste decisivo para qualquer teoria de formação do Sistema Solar externo”, eles escrevem.

Esta não é a primeira vez que cientistas se perguntam se um sobrevoo estelar pode explicar essas partes intrigantes do nosso Sistema Solar. Mas essa questão foi descartada porque sobrevoos estelares eram considerados raros. No entanto, à medida que obtemos telescópios mais poderosos, estamos descobrindo que eles são mais comuns. “No entanto, observações recentes do Atacama Large Millimeter Array revelam que sobrevoos estelares próximos parecem ser relativamente comuns”, escrevem os autores.

A hipótese do sobrevoo ganhou interesse renovado, mas é difícil de estudar porque o espaço de parâmetros do sobrevoo é muito grande e as previsões são vagas.

No entanto, esses pesquisadores fizeram progressos importantes e suas simulações podem explicar muita coisa.

“Até mesmo as órbitas de objetos muito distantes podem ser deduzidas, como a do planeta anão Sedna nos confins mais externos do sistema solar, que foi descoberto em 2003. E também objetos que se movem em órbitas quase perpendiculares às órbitas planetárias”, disse Pfalzner. Sedna tem uma órbita extremamente ampla e leva 11.400 anos para completar uma órbita ao redor do Sol. Sua órbita também é extremamente excêntrica.

De acordo com Pfalzner e seus colegas, um sobrevoo estelar também pode explicar dois objetos do Sistema Solar com órbitas muito estranhas. 2008 KV42 tem uma órbita retrógrada, o que significa que orbita na direção oposta aos planetas. 2011 KT19A órbita de é inclinada 110 graus, o que significa que ela efetivamente segue uma órbita retrógrada polar.

Que tipo de estrela poderia ter moldado as órbitas desses objetos?

“A melhor correspondência para o sistema solar externo de hoje que encontramos com nossas simulações é uma estrela que era ligeiramente mais leve que o nosso Sol – cerca de 0,8 massas solares”, explicou o colega de Pfalzner, Amith Govind. “Esta estrela passou voando pelo nosso sol a uma distância de cerca de 16,5 bilhões de quilômetros. Isso é cerca de 110 vezes a distância entre a Terra e o Sol, um pouco menos de quatro vezes a distância do planeta mais externo, Netuno.”

O luas irregulares são um dos quebra-cabeças do Sistema Solar. Tudo no Sistema Solar se formou a partir da nebulosa solar, o que significa que, exceto por influência externa, tudo deve compartilhar similaridades orbitais. “A origem dessas luas irregulares ainda é uma questão em aberto, mas essas luas têm muito em comum com os objetos além de Netuno (objetos transnetunianos — TNOs), sugerindo uma origem comum”, escrevem os autores.

A estrela que passou pode ter desintegrado objetos distantes e os mandado em direção ao Sistema Solar interno, onde os planetas gigantes os capturaram em suas órbitas.

“Alguns desses objetos podem ter sido capturados pelos planetas gigantes como luas”, diz o coautor Simon Portegies Zwart da Universidade de Leiden. “Isso explicaria por que os planetas exteriores do nosso sistema solar têm dois tipos diferentes de luas.”

Luas irregulares têm órbitas incomuns que podem ser inclinadas, “altamente elípticas, às vezes retrógradas e às vezes a grandes distâncias de seu planeta. Todos os quatro planetas gigantes hospedam luas irregulares, como a de Saturno Febe e de Netuno Tritão. “A beleza deste modelo está na sua simplicidade”, diz Pfalzner. “Ele responde a várias questões em aberto sobre o nosso sistema solar com apenas uma causa.”

“Um sobrevoo estelar pode reproduzir simultaneamente a dinâmica complexa do TNO quantitativamente enquanto explica a origem das luas irregulares e as distribuições de cores de ambas as populações”, escrevem os autores. Suas simulações mostram que o sobrevoo teria enviado 7,2% da população de TNO para o Sistema Solar interno. Muitos deles teriam seguido órbitas retrógradas, embora a maioria tivesse sido subsequentemente ejetada do Sistema Solar, e apenas um punhado foi capturado por planetas.

Poderia esse sobrevoo ter impactado o surgimento da vida? Essa é uma questão puramente especulativa, mas como a vida é tão rara e inexplicada, ela precisa ser perguntada. É possível que alguns objetos perturbados pelo sobrevoo tenham colidido com a Terra ou outros planetas, possivelmente entregando material prebiótico e voláteis. Ao mesmo tempo, a órbita da Terra poderia ter permanecido inalterada. “No entanto, quanto material prebiótico originalmente contido em um TNO injetado sobreviveria ao impacto em um planeta terrestre exigiria mais estudos”, escrevem os autores.

As simulações foram capazes de explicar coisas críticas sobre o Sistema Solar que precisam de explicações. No entanto, é preciso haver mais evidências antes que o trabalho seja conclusivo.

As previsões da equipe podem ser verificadas quando o Observatório Vera Rubin (VRO) entrar em operação. Espera-se que o VRO descubra cerca de 40.000 TNOs.