Leiden simulou ~34 mil encontros estelares que perturbam sistemas planetários. Conclusão: luas podem ser ejetadas, capturadas por outra estrela ou permanecer com o planeta errante.

Planetas errantes, corpos celestes que vagam pelo espaço sem orbitar uma estrela, têm intrigado a comunidade científica. Recentemente, uma pergunta essencial foi abordada: o que acontece com as luas desses planetas quando são expulsas de seus sistemas? Um novo estudo, baseado em milhares de simulações de encontros estelares, busca responder a essa questão fascinante.

Pesquisadores do Observatório de Leiden, na Holanda, realizaram uma análise abrangente de cerca de 34 mil cenários em que uma estrela passa próxima a um sistema planetário, alterando sua dinâmica gravitacional. Os resultados, publicados no servidor de pré-impressões arXiv, demonstram que a sobrevivência de uma lua, após a expulsão de um planeta, depende principalmente da distância em que ela orbita seu planeta. Além disso, as características dessas órbitas podem fornecer pistas sobre como a expulsão ocorreu.

A distância da lua determina seu destino

O trabalho, conduzido por Yannick Badoux e Simon Portegies Zwart, seguiu o destino de planetas e suas luas durante encontros próximos com outras estrelas. Segundo as simulações, o fator decisivo é o chamado raio de Hill, uma região ao redor de um planeta onde sua gravidade supera a influência gravitacional da estrela hospedeira. Dentro desse limite, uma lua consegue permanecer em órbita.

Os pesquisadores descobriram que luas localizadas até aproximadamente 40% do raio de Hill tendem a continuar orbitando o planeta mesmo após sua expulsão do sistema. Por outro lado, aquelas posicionadas além desse limite perdem rapidamente o vínculo gravitacional. Aproximadamente 50% do raio de Hill marca um ponto em que a separação entre planeta e lua se torna praticamente inevitável.

Esse comportamento diferencial pode ajudar a distinguir planetas errantes expulsos devido à passagem de outra estrela daqueles que foram ejetados por interações gravitacionais com outros planetas, uma vez que cada mecanismo deixa marcas distintas nas órbitas das luas sobreviventes.

O que aconteceria com as luas de Júpiter?

As conclusões do estudo foram aplicadas a um exemplo conhecido do Sistema Solar. Se Júpiter fosse removido do Sistema Solar por uma estrela que passasse próxima, as luas Io, Europa, Ganimedes e Calisto permaneceriam orbitando o gigante gasoso. Isso é possível porque essas quatro luas estão muito próximas do planeta, ocupando menos de 1% do raio de Hill de Júpiter.

Os autores também destacam que o encontro gravitacional deixa marcas diferentes nas luas sobreviventes. As que permanecem em órbitas mais próximas tendem a conservar trajetórias quase circulares, enquanto aquelas que escapam por pouco apresentam órbitas mais alongadas e inclinadas. Além disso, em cerca de 87% das ejeções, a distância entre planeta e lua muda menos de 10%, permitindo que astrônomos reconstruam a história dos sistemas apenas observando as órbitas das luas.

Um candidato observado pode confirmar o modelo

A equipe também aplicou o modelo a um objeto já identificado através da técnica de microlente gravitacional. Catalogado como MOA-2011-BLG-262L, ele pode ser um planeta errante acompanhado por uma lua com massa inferior à da Terra, embora os dados disponíveis ainda permitam outras interpretações. Se essa hipótese for confirmada, as simulações indicam que o sistema provavelmente se formou entre 1,3 e 5,9 unidades astronômicas de sua estrela, com uma leve preferência por cerca de 5,2 unidades astronômicas, distância similar à que separa Júpiter do Sol.

Luas podem continuar aquecidas mesmo no espaço interestelar

Outra consequência interessante da permanência das luas ao lado de seus planetas é que algumas podem gerar calor interno devido às forças gravitacionais exercidas pelo planeta que orbitam, sem depender da luz de uma estrela. Por exemplo, Europa possui um oceano subterrâneo cuja existência é atribuída a esse aquecimento. Assim, se um planeta for expulso levando suas luas consigo, esse mecanismo pode continuar funcionando mesmo no espaço interestelar, mantendo esses satélites aquecidos na ausência de uma estrela.