No início deste mês, uma equipa de astrónomos reportou a primeira descoberta de uma potencial exolua – um satélite que gravita um planeta perto de uma outra estrela. O mais impressionante nesta descoberta é a escala deste possível sistema planeta-lua. Neste caso, a “lua” parece ser do tamanho de Neptuno, enquanto o planeta que ela orbita tem cerca de 10 vezes a massa de Júpiter, cerca de 3000 vezes a massa da Terra!
Quão grande é o maior planeta possível?
O Planeta impossível
O sistema empurra os limites de como normalmente classificamos os objetos no espaço e convida-nos a questionar sobre a escala das coisas. Qual será o tamanho maior possível para um planeta? Considerando toda a gama de possibilidades, a Terra é um planeta grande ou pequeno?
Há diferentes formas de responder a esta questão, dependendo do que queremos dizer com “grande”. Se pensamos sobre o tamanho de um planeta em termos de massa, então há uma resposta específica, mas bastante técnica. Os planetas são definidos como corpos que não geram a sua própria energia a partir da fusão nuclear. Qualquer planeta com mais do que cerca de 13 vezes a massa de Júpiter (4000 massas da Terra, em grosso modo) gera calor e pressão suficientes no seu núcleo para desencadear reações de fusão limitadas de deutério, um isótopo pesado de hidrogénio. Nesse ponto, o objeto é considerado uma anã castanha em vez de um planeta.
A fronteira de ignição nuclear entre o planeta e a anã castanha é baseada em processos internos escondidos, no entanto, esses processos não são de todo óbvios do lado de fora. A massa crítica para a fusão também depende da combinação de elementos dentro do objeto. Para uma gama plausível de composições, o ponto de corte pode ser de 11 a 16 vezes a massa de Júpiter. Se quiser conhecer os detalhes mais complexos deste processo, veja aqui.
Fora dessa zona cinzenta que torna difícil saber se é um planeta ou uma anã castanha, as coisas tornam-se mais claras. Tudo o que seja abaixo do limite inferior de 11 massas de Júpiter (3500 massas da Terra, mais ou menos) é indiscutivelmente planetário. Contudo, tudo o que seja acima desse valor, trata-se de um objeto no espaço capaz de criar alguma energia própria, o que lhe retira qualquer definição astronómica padrão de planeta.
Massa versus Gravidade
Há, contudo, um ponto de vista mais literal sobre a questão: existe um limite sobre quão grande um planeta pode ser fisicamente?
Sim, existe uma resposta definitiva e bastante surpreendente. Júpiter tem 11 vezes o diâmetro da Terra e isso é tão grande quanto qualquer planeta pode ser! Se continuasse a despejar mais matéria em Júpiter, ele não ficaria maior. Em vez disso, a gravidade faria com que a sua massa ficasse ainda mais prensada, esmagada, de forma mais forte e eficiente.
Entre o intervalo que vai da massa do planeta Jupiter até à massa das anãs castanhas, passando pela massa das anãs mais pequenas (cerca de 70 vezes a massa de Júpiter, o ponto em que ocorre a fusão sustentada de lítio e hidrogénio), o tamanho dos corpos quase não se altera. Todos esses objetos estão dentro de um limite de cerca de 15% do mesmo diâmetro. Essa constância tem algumas consequências estranhas.
Um exemplo que pode ser chamado à discussão é o da estrela Trappist-1A, que foi recentemente noticiado porque tem sete planetas do tamanho da Terra na sua órbita. Trappist-1A é uma anã vermelha, apenas 1/2000 tão brilhante quanto o sol, mas é uma estrela genuína, sem dúvida. Ela é alimentada por reações nucleares constantes e sustentadas que durarão por biliões de anos ou mais. Tem 80 vezes mais massa que Júpiter.
Já em termos de tamanho, como podemos ver na imagem ilustrativa em cima, Trappist-1A é menos de 10% maior em diâmetro do que Júpiter. Se estes dois detalhes forem colocados lado a lado, rapidamente irá perceber que essa pequena estrela deve ser extremamente densa – como de facto são todas as estrelas anãs vermelhas. Trappist-1A é cerca de 60 vezes mais densa do que Júpiter. Traduzido em termos mais familiares, esta pequena bola de plasma de hidrogénio brilhante é 25 vezes mais densa que o granito e mais de seis vezes mais densa que o chumbo.
Embora a estrela vermelha Trappist-1A esteja a sustentar reações de fusão, está a fazer essas reações a uma taxa tão baixa que a perda de energia quase não suporta o volume da estrela contra a atração da gravidade. Ainda mais extrema é a estrela anã vermelha EBLM J0555-57Ab, recentemente medida e declarada 15% menor do que Júpiter, do tamanho de Saturno. É a menor estrela madura conhecida (em oposição a cinzas estelares como anãs brancas ou estrelas de neutrões), e tem 17 vezes a densidade do chumbo – 188 vezes a densidade da água!
Mas há exceções e há muito por descobrir
Existem algumas exceções notáveis a esse padrão. Alguns planetas que orbitam extremamente perto das suas estrelas são superaquecidos e inchados em diâmetros anormalmente grandes. O exoplaneta de “isopor” KELT-11b, na ilustração abaixo, é 40% maior do que Júpiter apesar de ter apenas 1/5 da massa. Já o HD 100546bn tem cerca de 7 vezes o diâmetro de Júpiter, o que tornaria o planeta de maior tamanho conhecido, mas com algumas ressalvas: ele parece estar a formar-se e as observações atuais deixam muitas incertezas sobre a sua natureza – pode ser na verdade uma anã castanha precoce.
Fora de tais valores abertos, o padrão é rígido. À medida que os planetas ficam mais maciços, não vão ficar fisicamente maiores. Apenas são muito, muito mais fortemente ”apertados” pela gravidade, até que se incendeiem e deixem de ser considerados planetas.