Impactos gigantes podem desencadear vibrações sísmicas que duram milhões de anos

Imagine a colisão entre dois planetas gigantes. O impacto produziria vibrações sísmicas, como se fosse um sismo, no universo que se propagaria por milhões de anos. Estaremos ainda a sentir esses "sismos cósmicos"?

O caos da criação e o ressoar pela eternidade

Para compreendermos o quão caótico foi o início do Sistema Solar, basta olharmos para a nossa Lua. A sua superfície crivada de crateras guarda as cicatrizes de inúmeras colisões. O Sistema Solar primitivo era como um campo de destroços, onde objetos colidiam em cascatas sucessivas de impactos.

O mesmo deverá acontecer em todos os sistemas solares jovens, e, num novo estudo, investigadores simularam a colisão entre dois planetas massivos para observar as consequências.

Os núcleos de alguns exoplanetas gigantes podem conter mais de 100 massas terrestres em material sólido. Acredita-se que estes planetas cresceram tanto e acumulam tanto metal porque colidiram e fundiram-se com os núcleos de vários exoplanetas mais pequenos, cada um com cerca de 10 massas terrestres.

Neste novo estudo, os astrónomos simularam uma colisão entre um gigante gasoso mais jovem e pequeno e outro mais velho e massivo, para verificar se o impacto geraria ondas sísmicas duradouras que pudessem ser detetadas pelo telescópio espacial James Webb (JWST).

Representação artística do disco protoplanetário.

Vibrações sísmicas poderosas

Dois grandes objetivos orientam este trabalho: o primeiro é perceber se um impacto gigante como este pode produzir ondas sísmicas poderosas e duradouras; o segundo é saber se o JWST as conseguiria detetar.

Embora o JWST não consiga detetar diretamente ondas sísmicas, consegue observar variações na luz com extrema precisão. Se as ondas sísmicas forem suficientemente intensas, o telescópio poderá identificá-las através das alterações fotométricas no planeta gigante.

Em princípio, impactos à escala planetária podem excitar oscilações sísmicas em exoplanetas observados diretamente, que podem ser detetadas por missões espaciais como o JWST e o Roman.

Escrevem os autores.

Mostramos aqui que um impacto gigante com um jovem gigante gasoso excita oscilações sísmicas de longa duração que podem ser detetadas por via fotométrica.

Os investigadores centraram-se num exoplaneta específico chamado Beta Pictoris b, um super-Júpiter jovem com cerca de 13 massas de Júpiter.

Esta impressão artística mostra o planeta a orbitar a jovem estrela Beta Pictoris. Este exoplaneta é o primeiro para o qual se mediu a taxa de rotação. O seu dia de oito horas corresponde a uma velocidade de rotação equatorial de 100 000 quilómetros por hora - muito mais rápido do que qualquer planeta do Sistema Solar.

Beta Pictoris b tem apenas entre 12 e 20 milhões de anos. Tanto o sistema Beta Pictoris como este exoplaneta têm sido alvo de muito estudo.

As investigações indicam que o planeta é rico em metais, provavelmente devido a um forte enriquecimento por planetesimais, como afirma um artigo de 2019. Este gigante exoplanetário contém entre 100 e 300 massas terrestres de metais pesados.

Em astronomia, considera-se como “metal” qualquer elemento mais pesado que o hidrogénio e o hélio; “metais pesados” são os que têm massa atómica superior à do ferro.

Pôr à prova das capacidades do James Webb

Os investigadores calcularam os efeitos de uma colisão e fusão entre um planeta com massa semelhante à de Neptuno (cerca de 17 massas terrestres) e o Beta Pictoris b.

Os vastos depósitos de metais pesados em exoplanetas com massa de Júpiter podem resultar de impactos gigantes.

Os impactadores e o momento que transferem para um planeta em crescimento excitam um espectro de modos sísmicos.

Explicam os autores.

Os investigadores referem ainda que, uma vez ativada, esta atividade sísmica pode persistir durante escalas de tempo comparáveis à idade do planeta jovem.

Os investigadores verificaram que a luminosidade de Beta Pictoris b variaria de acordo com as ondas sísmicas induzidas. O JWST conseguiria detetar alguns efeitos se a colisão tivesse ocorrido nos últimos 9 a 18 milhões de anos.

Usar as capacidades fotométricas avançadas do JWST oferece uma nova forma de estudar o interior dos exoplanetas através de ondas sísmicas.

A sismologia oferece uma janela direta para o interior dos planetas gigantes.

Como os modos normais de maior duração têm frequências comparáveis à frequência dinâmica do planeta…, a medição da frequência pode ajudar a determinar a densidade média do planeta.

Escrevem os autores.

Esta figura ajuda a ilustrar alguma da investigação. À esquerda estão os modos f, que são os modos fundamentais ou de superfície. São principalmente horizontais e são como ondas de superfície na água. À direita estão os modos p, que são modos de pressão ou modos acústicos. São como as ondas sonoras. Os modos F podem medir a superfície, enquanto os modos p podem medir o interior. As cores mostram um excesso (vermelho) ou um défice (azul) de temperatura. Crédito da imagem: Zanazzi et al. 2025.

Acrescentam também que algumas destas observações podem permitir detetar “regiões de estratificação estável, como já foi feito com Saturno.”

Até aqui, medições gravíticas têm sido usadas para estudar as estruturas internas de planetas gigantes, mas este novo método poderá ser aplicado a planetas distantes noutras estrelas.

Os autores explicam ainda que o seu método pode ter outras aplicações, como a deteção de migrações planetárias.

Os impactos não são a única forma de excitar oscilações em planetas gigantes. Júpiteres quentes e mornos podem formar-se através de migração com alta excentricidade, um processo em que forças gravitacionais de maré da estrela hospedeira excitam o modo fundamental de frequência mais baixa até amplitudes elevadas.

Os curvas de luz no infravermelho de planetas massivos com órbitas muito excêntricas podem exibir variações resultantes de modos-f excitados por marés.

Concluem os investigadores.