Um "objeto de massa planetária", ainda por descobrir, revela a sua existência "deformando" o plano orbital de distantes objetos da Cintura de Kuiper. O objeto está ilustrado como tendo uma órbita larga, bem para lá de Plutão, nesta impressão de artista.
Crédito: Heather Roper/LPL
De acordo com uma nova investigação das órbitas de planetas menores a ser publicada na revista The Astronomical Journal, um "objeto de massa planetária" desconhecido, ainda por identificar, pode esconder-se nos confins do nosso Sistema Solar. Este objeto será diferente - e também muito mais próximo - do denominado Planeta Nove, um planeta cuja existência ainda aguarda confirmação.
No artigo, Kat Volk e Renu Malhotra do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona, apresentam evidências convincentes de um corpo planetário ainda por descobrir com uma massa entre a de Marte e a da Terra. A massa misteriosa, mostram os autores, revela a sua presença - por agora - apenas pelo controlo dos planos orbitais de uma população de rochas espaciais conhecidas como Objetos da Cintura de Kuiper (em inglês "Kuiper Belt Objects", diminutivo KBO), nos subúrbios gelados do Sistema Solar.
Enquanto a maioria dos KBOs - detritos deixados para trás aquando da formação do Sistema Solar - orbitam o Sol com inclinações orbitais que, em média, tendem para o que os cientistas planetários chamam de plano invariável do Sistema Solar, os mais distantes Objetos da Cintura de Kuiper não. O seu plano médio, descobriram Volk e Malhotra, está inclinado para longe do plano invariável cerca de 8 graus. Por outras palavras, algo desconhecido está a deformar o plano orbital médio do Sistema Solar mais exterior.
"A explicação mais provável para os nossos resultados é a existência de uma massa ainda não observada," realça Vok, colega pós-doutorado do laboratório da universidade norte-americana e autor principal do estudo. "Segundo os nossos cálculos, será necessário algo com uma massa parecida à de Marte para explicar a deformação que medimos."
A Cintura de Kuiper situa-se para lá da órbita de Neptuno e estende-se algumas centenas de UA (Unidades Astronómicas; 1 UA é a distância média entre a Terra o Sol, aproximadamente 150 milhões de quilómetros). Tal como o seu parente do Sistema Solar interno, a cintura de asteroides entre Marte e Júpiter, a Cintura de Kuiper alberga um vasto número de planetas menores, principalmente pequenos corpos gelados (os percursores dos cometas) e alguns planetas anões.
Para o estudo, Volk e Malhotra analisaram os ângulos de inclinação dos planos orbitais de mais de 600 objetos da Cintura de Kuiper a fim de determinar a direção comum sobre a qual esses planetas orbitais precessam. O termo "precessão" refere-se à lenta oscilação na orientação de um objeto em rotação.
Os KBOs operam de forma análoga a um pião, explica Malhotra, professora de Ciências Planetárias no Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona.
"Imagine que tem muitos piões, e dá a cada um deles um ligeiro empurrão," diz. "Se os fotografar, descobre que os seus eixos de rotação estão em diferentes orientações mas, em média, estão a apontar para o campo gravitacional local da Terra."
"Nós esperamos que o ângulo de inclinação orbital de cada KBO esteja numa orientação diferente mas, em média, estão a apontar perpendicularmente ao plano determinado pelo Sol e pelos planetas grandes."
Se pensássemos do plano orbital médio dos objetos no Sistema Solar exterior como um lençol, este deveria parecer bastante plano após as 50 UA, comenta Volk.
"Mas, das 50 para as 80 UA, descobrimos que o plano médio na verdade se afasta deste plano invariável," explica. "Há uma série de incertezas para a deformação medida, mas não há mais que 1 ou 2% de probabilidade de que esta deformação seja meramente um erro estatístico da limitada amostra observacional de KBOs."
Dito de outra forma: o efeito é muito provavelmente um sinal real em vez de um acidente estatístico. De acordo com os cálculos, um objeto com a massa de Marte, orbitando a aproximadamente 60 UA do Sol, numa órbita inclinada cerca de 8 graus (em relação ao plano médio dos planetas conhecidos) tem influência gravitacional suficiente para deformar o plano orbital dos distantes KBOs até cerca de 10 UA para cada lado.
"Os distantes KBOs observados estão concentrados num anel com mais ou menos de 30 UA de largura e sentiriam a gravidade de um tal objeto de massa planetária ao longo do tempo," explica Volk, "assim que a hipótese de massa planetária, como causa do distúrbio observado, não é irracional para essa distância."
Isto exclui a possibilidade do objeto postulado, neste caso, ser o hipotético Planeta Nove, cuja existência tem sido sugerida com base noutras observações. Esse planeta tem uma massa prevista muito maior (cerca de 10 massas terrestres) e está muito mais distante, entre 500 e 700 UA.
"Está demasiado longe para influenciar estes KBOs," acrescenta Volk. "Tem certamente que estar muito mais perto das 100 UA para afetar substancialmente os KBOs a esta distância."
Dado que um planeta, por definição, tem que ter "limpo" a sua órbita de planetas menores como KBOs, os autores referem-se a esta massa hipotética como um objeto de massa planetária. Os dados também não excluem a possibilidade de que a deformação possa ser resultado da influência de mais do que um objeto de massa planetária.
Então porque é que ainda não o encontrámos? Muito provavelmente, dizem as investigadoras, porque ainda não procurámos todo o céu em busca de objetos distantes do Sistema Solar. O lugar mais provável onde um objeto de massa planetária possa esconder-se é no plano Galáctico, uma área tão densamente populada com estrelas que os estudos do Sistema Solar tendem a evitá-la.
"A probabilidade de não termos encontrado tal objeto, simplesmente devido às limitações dos levantamentos astronómicos, está estimada em aproximadamente 30%," esclarece Volk.
Uma possível alternativa a um objeto por descobrir, que poderá ter "agitado" o plano dos KBOs mais exteriores, é a passagem recente (por padrões astronómicos) de uma estrela pelo Sistema Solar, dizem os autores.
"Uma estrela passageira atrairia todos os 'piões' numa direção," realça Malhotra. "Assim que a estrela completa a sua visita pelo Sol, todos os KBOs voltariam a ter uma precessão parecida à do seu plano anterior. Isto exigiria uma passagem bastante próxima a mais ou menos 100 UA, e a deformação seria apagada em 10 milhões de anos, de modo que não consideramos este cenário como provável."
A oportunidade de a Humanidade vislumbrar este misterioso objeto pode vir em breve, assim que a construção do LSST (Large Synoptic Survey Telescope) seja concluída. Com "primeira luz" prevista para 2020, o instrumento levará a cabo levantamentos sem precedentes e em tempo real do céu, noite após noite.
"Nós esperamos que o LSST eleve o número de KBOs observados, dos atualmente cerca de 2000, para 40.000," diz Malhotra. "Existem muito mais KBOs lá fora - nós é que ainda não os vimos. Alguns estão demasiado distantes e são demasiado ténues até mesmo para o LSST, mas tendo em conta que o telescópio vai cobrir o céu de forma muito mais abrangente do que os levantamentos atuais, deverá ser capaz de detetar este objeto, caso realmente exista."
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