Astrônomos desenvolvem método inovador para detectar estrelas que consumiram planetas

Uma equipe internacional, liderada por cientistas da Universidade de São Paulo (USP), desenvolveu uma técnica pioneira capaz de identificar estrelas que engoliram planetas em seus sistemas. A nova abordagem se baseia na análise da abundância de berílio, um elemento químico raro, em estrelas binárias, abrindo novas perspectivas para o estudo da evolução planetária.

O estudo, publicado na revista Astronomy & Astrophysics, focou em um par de estrelas muito semelhantes, HD 129171 e HD 129209, ambas do tipo solar. Normalmente, estrelas que nascem juntas da mesma nuvem molecular deveriam ter composições químicas idênticas. No entanto, os pesquisadores observaram diferenças significativas entre elas.

A estrela HD 129171 apresentou um enriquecimento em elementos refratários, aqueles que formam planetas rochosos. Essa característica sugere fortemente que a estrela incorporou material planetário ao longo de sua existência, um fenômeno conhecido como engolfamento planetário.

Berílio como marcador de engolfamento planetário

Embora a ideia de que estrelas possam incorporar planetas já existisse, o diferencial deste trabalho foi demonstrar que as variações na quantidade de berílio em estrelas binárias podem servir como um indicador confiável desse processo. O berílio é especialmente útil porque não é produzido no interior das estrelas durante sua evolução normal. Sua detecção na luz emitida por uma estrela atua como um sinal de alerta, indicando a ingestão de material rochoso, como restos de planetas, após a formação estelar.

O berílio, juntamente com o lítio e o boro, compõe um grupo de elementos com origem particular no universo. Ao contrário da maioria dos elementos, que são formados durante o Big Bang ou no interior das estrelas, o berílio e o boro são criados principalmente pela espalação cósmica – um processo onde partículas de alta energia fragmentam núcleos atômicos mais pesados. O lítio também tem uma origem similar, com uma pequena contribuição primordial e formação em circunstâncias estelares específicas.

“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 Anne Rathsam, doutoranda do IAG-USP e primeira autora do estudo.

Evidências observacionais e implicações para a vida

A equipe utilizou dados do espectrógrafo UVES, instalado no Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile, para analisar a luz das estrelas. As observações revelaram que a HD 129171 possui uma abundância consideravelmente maior de elementos como ferro, magnésio, silício, cálcio e titânio em comparação com sua companheira. Além disso, foram detectados excessos de lítio e berílio.

O padrão observado é consistente com a ingestão de material rochoso equivalente a mais de 11 vezes a massa da Terra. Esse material pode ter originado-se de um único planeta grande ou de múltiplos corpos menores. A eficiência da mistura interna das estrelas semelhantes ao Sol impede a distinção exata entre esses cenários.

O estudo também discute os mecanismos que levam planetas a serem engolidos por suas estrelas, como interações gravitacionais, perturbações de estrelas companheiras e migração orbital. Esses processos podem tornar as órbitas instáveis, levando à ejeção, colisão ou absorção planetária.

Uma implicação importante deste trabalho é a possível raridade de sistemas planetários estáveis, como o nosso Sistema Solar. Simulações de formação planetária e levantamentos observacionais de exoplanetas sugerem que arquiteturas planetárias ordenadas, com planetas gigantes em órbitas externas e rochosos em órbitas internas estáveis, não são tão comuns quanto se pensava.

“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”, afirma Jorge Luis Melendez Moreno, professor do IAG-USP e orientador do estudo.

Considerando que sistemas binários são comuns na Via Láctea, as diferenças químicas observadas entre estrelas companheiras fortalecem a hipótese de engolfamento planetário como um fator comum na evolução estelar. Isso sugere que muitos sistemas passam por fases dinâmicas violentas, o que pode ter implicações para a habitabilidade e a evolução da vida, que necessita não apenas de tempo, mas também de órbitas planetárias estáveis.

O estudo, que contou com a participação de pesquisadores de diversas instituições internacionais, também contribui para teorias de formação estelar e para a técnica de “chemical tagging”, utilizada para reconstruir a história da Via Láctea. Os resultados reforçam a hipótese de ingestão planetária sobre a ideia de heterogeneidades na nuvem molecular primordial.