Presença do elemento berílio em estrelas identifica que elas engoliram planetas rochosos

Representação artística de um sistema estelar binário com uma das estrelas engolindo um planeta. Crédito: Anne Rathsam/com IA

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP), no Brasil, desenvolveu um método inovador para identificar estrelas que consumiram os planetas ao seu redor. A técnica detecta variações na abundância de berílio, um elemento químico relativamente raro, e pode abrir uma nova perspectiva para o estudo da evolução de sistemas planetários.

O estudo, publicado na revista Astronomy & Astrophysics , analisou um sistema binário composto por duas estrelas muito semelhantes ao Sol (com características físicas, químicas e de atividade magnética similares às do nosso Sol), denominadas HD 129171 e HD 129209. Em princípio, estrelas binárias como essas deveriam ter composição química praticamente idêntica, pois se formaram a partir da mesma nuvem molecular (um aglomerado de poeira e gás que funciona como berçário estelar). No entanto, os pesquisadores encontraram diferenças significativas entre as duas estrelas.

"A estrela HD 129171 é rica em elementos refratários — isto é, elementos que normalmente se condensam no estado sólido e compõem planetas rochosos. Isso sugere fortemente que ela engoliu material planetário ao longo de sua evolução", afirma Anne Rathsam, doutoranda do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG-USP) e primeira autora do artigo.

Cientistas já suspeitavam que algumas estrelas pudessem conter planetas ou fragmentos planetários. Este novo estudo é único porque demonstrou, pela primeira vez, que diferenças na abundância de berílio em estrelas binárias podem indicar esse processo de forma confiável.

O berílio possui uma característica importante: ele não é produzido no "núcleo" das estrelas durante sua evolução. Portanto, quando os astrônomos detectam a assinatura desse elemento na luz emitida por uma estrela, trata-se de um sinal de alerta. Isso indica que a estrela engoliu material rochoso, como restos planetários, muito tempo depois de sua formação.

Como explicam os autores, o lítio, o berílio e o boro são exceções importantes na história química do universo. "Todos os outros elementos químicos têm origem na nucleossíntese primordial [a formação dos primeiros núcleos atômicos nos minutos seguintes ao Big Bang] ou na nucleossíntese estelar [o processo de fusão nuclear que ocorre no interior das estrelas ao longo de suas vidas]. Mas não o berílio e o boro. Eles surgem principalmente por meio de um processo chamado 'espalação cósmica', no qual partículas de alta energia fragmentam núcleos mais pesados, como carbono, nitrogênio e oxigênio, produzindo elementos mais leves", explica Jorge Luis Melendez Moreno, astrônomo e professor do IAG-USP, além de orientador do estudo.

O lítio também é produzido principalmente por espalação, embora uma quantidade minúscula desse elemento tenha surgido durante a nucleossíntese primordial, e ele pode se formar em certos tipos de estrelas sob circunstâncias especiais.

"O lítio já havia sido usado como um possível indicador de engolfamento planetário, mas é destruído com relativa facilidade. O berílio é mais resistente e sua assinatura química pode durar mais tempo", explica Rathsam.

Imagem real do sistema binário estudado. Crédito: Digital Sky Survey/Aladin/Anne Rathsam

Mais de 11 planetas semelhantes à Terra

A equipe realizou o estudo utilizando dados obtidos com o espectrógrafo UVES instalado no Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile. O instrumento decompõe a luz das estrelas em diferentes comprimentos de onda, permitindo a identificação de assinaturas químicas extremamente sutis.

As observações revelaram que HD 129171 possui uma concentração notavelmente maior de elementos refratários, incluindo ferro, magnésio, silício, cálcio e titânio, em comparação com sua companheira, HD 129209. Além disso, a estrela apresenta um excesso de lítio e berílio. De acordo com os pesquisadores, esse padrão é consistente com a ingestão de material rochoso equivalente a mais de 11 vezes a massa da Terra.

"Esse material pode ter vindo de um único planeta grande ou de vários corpos menores. No entanto, no caso de estrelas semelhantes ao Sol, a mistura interna é tão eficiente que a assinatura química final não nos permite distinguir entre esses cenários", comenta Rathsam.

A principal contribuição original do estudo foi a análise química, que possibilitou identificar o berílio como um marcador de eventos de engolfamento planetário. Os autores também discutiram os mecanismos dinâmicos capazes de levar planetas a caírem em suas estrelas hospedeiras, com base na literatura existente.

Esses mecanismos incluem interações gravitacionais entre planetas , perturbações causadas por estrelas companheiras e processos de migração orbital. Eles podem tornar as órbitas altamente excêntricas e instáveis, fazendo com que os planetas sejam ejetados do sistema, colidam uns com os outros ou sejam absorvidos pela estrela central.

Fonte: PHYS.ORG