Um mistério cósmico intrigava os astrônomos: a raridade de planetas orbitando duas estrelas, como Tatooine de Star Wars, quando deveriam ser comuns. Uma nova pesquisa da Universidade da Califórnia – Berkeley, sugere que a teoria da relatividade geral de Einstein pode ser a culpada por esse fenômeno, silenciosamente apagando a maioria desses planetas “com dois sóis” do Universo.
A Surpreendente Escassez de Planetas Circumbinários
Entre as mais de 4.500 estrelas conhecidas que hospedam planetas, um padrão se destaca: apesar da expectativa de que planetas se formem ao redor da maioria das estrelas e de que muitas estrelas existam em pares, mundos que orbitam ambas as estrelas são incomumente raros. Dos mais de 6.000 exoplanetas confirmados, a maioria descobertos pelo Telescópio Espacial Kepler da NASA e pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), apenas 14 foram observados orbitando estrelas binárias. Os astrônomos esperavam encontrar centenas.
Como a Gravidade Modela Órbitas em Sistemas Estelares Binários
Em um sistema binário típico, duas estrelas com massas ligeiramente diferentes circulam uma à outra em trajetórias elípticas. Um planeta orbitando ambas as estrelas experimenta forças gravitacionais concorrentes, fazendo com que sua órbita gire lentamente, ou precesse. As estrelas também sofrem precessão, influenciadas pela relatividade geral. As forças de maré entre as duas estrelas as aproximam gradualmente. À medida que sua órbita encolhe, a precessão das estrelas acelera, enquanto a precessão do planeta diminui.
Ressonância Orbital e Destruição Planetária
Eventualmente, as taxas de precessão do planeta e das estrelas se alinham em uma ressonância. Quando isso acontece, a órbita do planeta se torna esticada e instável. Segundo Mohammad Farhat, da UC Berkeley, o planeta pode se aproximar demais das binárias, sofrendo disrupção de maré ou sendo engolido por uma das estrelas, ou sua órbita pode ser perturbada a ponto de ser ejetado do sistema. Em ambos os casos, o planeta é eliminado.
A Dificuldade de Detectar Planetas Distantes
Isso não significa que estrelas binárias não tenham planetas. Os que permanecem tendem a orbitar muito mais longe, dificultando a detecção com os métodos de trânsito atuais usados por Kepler e TESS. Jihad Touma, da American University of Beirut, afirma que certamente existem planetas, mas são difíceis de detectar com os instrumentos atuais.
Um “Deserto” Planetário ao Redor de Estrelas Binárias Apertadas
Kepler identificou cerca de 3.000 sistemas binários eclipsantes, onde uma estrela passa periodicamente na frente da outra. Como cerca de 10% das estrelas semelhantes ao Sol hospedam grandes planetas, os cientistas esperavam uma fração semelhante em torno de estrelas binárias, o que equivaleria a cerca de 300 sistemas. Em vez disso, apenas 47 candidatos foram encontrados, e apenas 14 são confirmados como planetas orbitando ambas as estrelas. Nenhum desses planetas confirmados orbita estrelas binárias muito próximas que completam uma órbita em menos de cerca de sete dias.
A Zona de Instabilidade e a Migração Planetária
Sistemas binários também contêm uma zona de instabilidade, uma região onde as órbitas planetárias não podem permanecer estáveis. Nesta zona, os efeitos gravitacionais combinados das duas estrelas lançam os planetas para fora do sistema ou os puxam para dentro até serem destruídos. Notavelmente, 12 dos 14 planetas circumbinários conhecidos orbitam logo além desta região instável, sugerindo que provavelmente se formaram mais longe e depois migraram para dentro.
O Papel de Einstein na Limpeza de Planetas
Touma suspeitava que a relatividade geral poderia influenciar o comportamento dos planetas em sistemas binários. À medida que as estrelas binárias se aproximam lentamente ao longo do tempo, os efeitos relativísticos se tornam mais importantes. Usando cálculos matemáticos detalhados e simulações de computador, os pesquisadores mostraram que esses efeitos podem remodelar drasticamente os sistemas planetários. Seus resultados indicam que cerca de oito em cada dez planetas ao redor de estrelas binárias apertadas seriam desestabilizados, e a maioria deles acabaria sendo destruída.
O Futuro da Pesquisa e o Impacto da Relatividade
A equipe está agora estendendo seus modelos para explorar como a relatividade afeta aglomerados de estrelas ao redor de pares de buracos negros supermassivos. Eles também estão investigando se mecanismos semelhantes poderiam ajudar a explicar a falta de planetas ao redor de pulsares binários, que são pares de estrelas de nêutrons que giram rapidamente e emitem pulsos de rádio regulares. As descobertas destacam como a teoria de Einstein continua a moldar nossa compreensão do universo, mesmo em sistemas que antes se pensava serem bem explicados pela física clássica.