Por Gustavo Madeira

1. Descrição da Pesquisa

    Formação dos satélites galileanos em um disco de partículas e gás em torno de um Júpiter primitivo. Observados pela primeira vez em 1610 por Galileu Galilei, os satélites de Júpiter Io, Europa, Ganimedes e Calisto (satélites galileanos) foram os primeiros satélites naturais descobertos com exceção da Lua. Foi baseado no movimento destes corpos que Galileu fundamentou sua teoria heliocêntrica, uma vez que a existência de corpos orbitando um corpo que não a Terra derrubava a hipótese desta como centro do movimento de todos os corpos, como a teoria geocêntrica ptolomaica vigente na época dizia.

 


2. Um pouco sobre a formação de satélites

    Apesar de conhecidos há mais de quatro séculos, a formação destes satélites permanece em aberto e os trabalhos a respeito do tema falham em explicar alguns vínculos do sistema como massas e posições dos satélites, fração de gelo existente nestes e, principalmente, a ressonância de movimento médio que três dos satélites se encontram. Ganimedes, Europa e Io se encontram em uma ressonância de Laplace 1:2:4, significando que enquanto Ganimedes completa uma volta em torno de Júpiter, Europa e Io completam duas e quatro, respectivamente.

    Nos estágios finais da formação de uma estrela, o restante da nuvem de gás da qual ela se formou colapsa em um disco, chamado de disco protoplanetário, a partir do qual os planetas irão se formar por meio de colisões de objetos sólidos existentes no disco e da acreção de gás por estes mesmos objetos. Já a formação de satélites ocorre de maneira análoga, em disco de gás e material orbitando um planeta em seus últimos estágios de formação, o disco circumplanetário.

    Trabalhos a respeito da formação dos galileanos geralmente modelam o disco circumplanetário joviano como um disco composto por gás, satelitesimais e embriões, orbitando um Júpiter já com sua massa atual. Isto se deve ao fato dos galileanos possuírem uma grande fração de gelo (Calisto é 56% composto por gelo), sendo um indicativo que se formaram rapidamente nos estágios finais do disco circumplanetário, quando Júpiter já havia resfriado o suficiente para que o disco alcançasse temperaturas abaixo do ponto de congelamento da água ( 180 K).

    De modo geral, embriões são corpos maiores, que devido a seus tamanhos interagem gravitacionalmente com o planeta e com os demais embriões, além de sofrerem a perturbação do gás presente no disco, levando-os a migrarem, principalmente, para as regiões mais internas do disco. Já os satelitesimais são corpos com uma ordem de grandeza menores, cuja interação gravitacional pode ser ignorada, ou seja, eles sentem o efeito do gás e dos embriões, entretanto não interagem entre si.

    Assim, estes cenários se baseiam em uma família de embriões que migra para dentro do disco pelo efeito do gás, acretando satelitesimais e colidindo entre si, até que ocorra a dissipação do gás e a migração cesse.

    Como as condições ao redor de Júpiter nos estágios finais de sua formação não são completamente conhecidas, os trabalhos a respeito da formação dos galileanos diferem entre si ao variar as condições iniciais do sistema, como distribuição e massa dos embriões e satelitesimais, perfil de densidade e temperatura do gás e raio do disco.

    Como dito anteriormente, grande parte dos modelos de formação dos galileanos possuem em comum o fato de formarem satélites pela acreção de satelitesimais pelos embriões, correspondente este a um cenário problemático, uma vez que satelitesi mais apresentam uma rápida migração no disco, além da aglomeração de partículas para a formação de satelitesimais ser possível em raras configurações.

    Desta forma, meu projeto de pesquisa busca estudar a formação dos satélites galileanos por meio de um modelo diferente, no qual não se faça necessária a inclusão de satelitesimais no sistema.

     No contexto da formação de planetas em discos protoplanetários, trabalhos recentes vem explorando a possibilidade de embriões crescerem pelo gradual acúmulo de seixos, no qual um embrião do tamanho de Plutão pode alcançar a massa da Terra em 1000 anos. Tal proposta pode representar uma possível solução para os satélites galileanos, os quais precisam ser formados em tardios estágios da formação de Júpiter, para que o vínculo da fração de água seja atendido, devendo alcançar massas significativas em um curto período de tempo.

    São definidos como seixos, corpos de raios da ordem de mm-cm que migram na direção do corpo central devido ao efeito do arrasto do gás. Ao cruzar a órbita de um corpo maior (embrião, satelitesimal, planetesimal), uma fração destes seixos pode ser acretada pelo corpo, devido a uma combinação da atração gravitacional e do arrasto do gás.

    Deste modo, meu trabalho, com orientação da Profa Dra. Silvia Giuliatti Winter e coorientação do Dr. André Izidoro, consiste em utilizar as condições iniciais propostas nos trabalhos anteriores aplicando o modelo de acreção de seixos. Isto é realizado por meio de longas simulações numéricas, com duração de alguns meses, utilizando o pacote de integração de N-corpos Mercury, responsável por computar a interação gravitacional entre corpos. Para a utilização no contexto de formação de satélites, o integrador foi modificado de modo a computar a interação dos embriões com o gás e a população de seixos.