Por que planetas como Tatooine são raros? A relatividade geral explica por que sistemas estelares binários raramente abrigam planetas.

Astrônomos já encontraram milhares de exoplanetas ao redor de estrelas individuais, mas poucos em torno de estrelas binárias, embora ambos os tipos de estrelas sejam igualmente comuns. Agora, físicos conseguem explicar essa escassez.

Por Robert Sanders

Editado por Gaby Clark, revisado por Robert Egan

Traduzido e adaptado por Marco Centurion

Entre as mais de 4.500 estrelas conhecidas por possuírem exoplanetas, uma estatística intrigante se destaca. Embora se espere que quase todas as estrelas tenham exoplanetas e que a maioria das estrelas se forme em pares, planetas que orbitam simultaneamente ambas as estrelas de um sistema binário são raros. Dos mais de 6.000 planetas extrassolares, ou exoplanetas, confirmados até hoje, a maioria deles descoberta pelo Telescópio Espacial Kepler, da NASA, e pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), apenas 14 são observados orbitando estrelas binárias. Deveriam existir centenas. Onde estão todos os planetas com dois sóis, como Tatooine, de Star Wars?

Uma explicação passo a passo sobre por que planetas que orbitam uma estrela dupla acabam entrando em órbitas instáveis e desaparecem do sistema. (Créditos da imagem: Mohammad Farhat / UC Berkeley)

Astrofísicos da Universidade da Califórnia, em Berkeley, e da Universidade Americana de Beirute propuseram agora uma explicação para essa escassez de exoplanetas circumbinários, e a teoria geral da relatividade de Einstein é a culpada.

Na maioria dos sistemas estelares binários, as estrelas têm massas semelhantes, mas não idênticas, e orbitam uma à outra em trajetórias ovais ou elípticas. Se um planeta estiver orbitando o par de estrelas, as forças gravitacionais exercidas por elas fazem com que a órbita do planeta precessione, ou seja, que o eixo orbital gire de forma semelhante à rotação ou precessão do eixo de um pião sob a gravidade da Terra.

A órbita das estrelas binárias também sofre precessão, mas principalmente devido à relatividade geral. Com o tempo, interações de maré entre o par binário fazem a órbita encolher, o que tem dois efeitos, a taxa de precessão das estrelas aumenta, enquanto a taxa de precessão do planeta diminui. Quando as duas taxas de precessão coincidem, ou entram em ressonância, a órbita do planeta se torna extremamente alongada, levando-o a se afastar mais das estrelas em um ponto, mas também a se aproximar perigosamente em seu ponto de maior proximidade.

“Duas coisas podem acontecer, ou o planeta se aproxima muito, muito das estrelas, sofrendo ruptura por forças de maré ou sendo engolido por uma das estrelas, ou sua órbita é significativamente perturbada pelo sistema até que ele seja eventualmente ejetado do sistema”

disse Mohammad Farhat, bolsista de pós-doutorado Miller na UC Berkeley e primeiro autor do artigo. “Em ambos os casos, você se livra do planeta.”

Isso não significa que estrelas binárias não tenham planetas, ele alertou. Mas os únicos que sobrevivem a esse processo ficam longe demais das estrelas para serem detectados pelas técnicas de trânsito usadas pelo Kepler e pelo TESS.

“Certamente existem planetas por aí. A questão é que eles são difíceis de detectar com os instrumentos atuais”, disse o coautor Jihad Touma, professor de física da Universidade Americana de Beirute.

Eles publicaram suas descobertas em 8 de dezembro no The Astrophysical Journal Letters e pode ser lido na íntegra aqui.

Uma representação artística de um planeta orbitando uma estrela binária. Aqui, as estrelas têm massas radicalmente diferentes e, ao orbitarem uma à outra, exercem forças sobre o planeta que fazem sua órbita girar lentamente ou precessionar. Com base em modelagens dinâmicas, efeitos relativísticos gerais fazem com que a órbita do binário também precessione. Com o tempo, as taxas de precessão mudam e, se entrarem em sincronia, a órbita do planeta se torna extremamente excêntrica. Isso faz com que o planeta seja expulso do sistema ou engolido por uma das estrelas. (Créditos da imagem: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA)

---

Um deserto absoluto

Tanto as missões Kepler quanto TESS procuraram exoplanetas observando um leve escurecimento de uma estrela quando um planeta passava à sua frente. Mas o Kepler também encontrou cerca de 3.000 estrelas binárias eclipsantes, nas quais uma das estrelas passa diante da outra.

Como cerca de 10% das estrelas semelhantes ao Sol isoladas foram encontradas com planetas massivos, os astrônomos esperavam observar grandes planetas ao redor de aproximadamente 10% das binárias também, ou cerca de 300 estrelas. Em vez disso, apenas 47 planetas candidatos ao redor de estrelas binárias foram encontrados, e apenas 14 foram confirmados como planetas circumbinários em trânsito. Nenhum desses 14 exoplanetas ocorre ao redor de binárias compactas que orbitam uma à outra em menos de cerca de sete dias.

“Há uma escassez de planetas circumbinários em geral e um deserto absoluto ao redor de binárias com períodos orbitais de sete dias ou menos. A esmagadora maioria das binárias eclipsantes são binárias compactas e são justamente os sistemas ao redor dos quais mais esperaríamos encontrar planetas circumbinários em trânsito.”

disse Farhat.

Farhat destaca que binárias possuem uma zona de instabilidade ao seu redor na qual nenhum planeta consegue sobreviver. Dentro dessa zona, as interações de três corpos entre as duas estrelas e o planeta ou expulsam o planeta do sistema ou o puxam para perto o suficiente para que ele se funda com as estrelas ou seja despedaçado por elas.

Curiosamente, 12 dos 14 exoplanetas em trânsito conhecidos ao redor de binárias compactas estão logo além da borda da zona de instabilidade, para onde aparentemente migraram a partir de regiões mais distantes, já que os planetas teriam dificuldade em se formar ali.

“Os planetas se formam de baixo para cima, juntando pequenos planetesimais. Mas formar um planeta na borda da zona de instabilidade seria como tentar colar flocos de neve em meio a um furacão”

disse ele.

Farhat já havia colaborado anteriormente com Touma no estudo da formação e evolução de órbitas planetárias em diversos sistemas estelares, incluindo o nosso. Mas Touma também se interessava pelas órbitas de buracos negros binários e estrelas binárias. Ele percebeu, há 10 anos, que a relatividade geral deveria alterar a forma como planetas se movem em sistemas de estrelas duplas, mas não sabia se o efeito seria forte o suficiente para ser relevante.

Após se aprofundar no estudo de exoplanetas, porém, ele sugeriu que os sutis empurrões e puxões da relatividade, combinados com a lenta aproximação das estrelas, poderiam explicar o mistério dos planetas ausentes ao redor de binárias compactas.

Usando modelos matemáticos e computacionais, Farhat e Touma descobriram que a relatividade geral tem um efeito dramático sobre o destino de planetas circumbinários, eliminando efetivamente qualquer planeta próximo. Com base em seus cálculos, efeitos relativísticos gerais perturbariam oito em cada dez exoplanetas ao redor de binárias compactas, e, desses, 75% seriam destruídos no processo.

Uma representação artística de um planeta, representado pelo círculo preto, orbitando um par de estrelas, um chamado sistema estelar binário. (Créditos da imagem: NASA / Centro de Voos Espaciais Goddard)

---

A precessão da órbita de Mercúrio

Proposta por Albert Einstein em 1915, a teoria geral da relatividade interpreta a gravidade como uma deformação do tecido do espaço-tempo causada por uma massa, de forma análoga a como uma pessoa sobre um trampolim deforma sua superfície e faz com que outros objetos caiam em direção ao centro.

A órbita de Mercúrio é a mais próxima da deformação gravitacional do Sol e, como resultado, experimenta uma precessão orbital ligeiramente maior do que a prevista pela teoria da gravitação de Isaac Newton. A explicação relativística geral para a precessão adicional da órbita de Mercúrio, há mais de um século, foi a primeira confirmação da teoria de Einstein.

O mesmo efeito entra em ação quando quaisquer dois objetos se aproximam muito um do outro, como estrelas binárias compactas. Estrelas binárias provavelmente começam suas vidas muito separadas, mas, à medida que interagem com o gás ao redor durante a formação de seu sistema estelar, prevê-se que muitos pares se aproximem ao longo de dezenas de milhões de anos. Quando isso ocorre, elas geram marés uma na outra que, lentamente, ao longo de bilhões de anos, encolhem ainda mais a órbita.

Eventualmente, quando se aproximam a períodos de cerca de uma semana ou menos, a precessão relativística geral se torna cada vez mais importante. Isso faz com que a órbita precessione, o que significa que o ponto de maior aproximação, ou periastro, também gira. À medida que as estrelas se aproximam cada vez mais, a taxa de precessão aumenta.

Um exoplaneta circumbinário também vê seu eixo elíptico precessionar, neste caso devido à força gravitacional das duas estrelas, um processo estritamente newtoniano. No entanto, à medida que as binárias se aproximam uma da outra, sua perturbação sobre o planeta enfraquece gradualmente e a precessão desacelera.

Quando a precessão orbital das estrelas binárias aumenta e a do exoplaneta diminui, em algum momento elas coincidem e entram em um estado de ressonância. Nesse ponto, mostram os cálculos, a órbita do exoplaneta começa a se alongar, afastando-o do binário no ponto extremo de sua órbita, mas aproximando-o no periastro.

Quando o periastro entra na zona de instabilidade, o exoplaneta é ou exilado para as regiões mais distantes do sistema ou se aproxima demais do binário e é engolido. Como essa perturbação ocorre rapidamente, levando algumas dezenas de milhões de anos dentro da vida de vários bilhões de anos de uma estrela, exoplanetas ao redor de binárias compactas acabam sendo muito raros.

“Um planeta capturado em ressonância encontra sua órbita deformada para excentricidades cada vez maiores, precessionando cada vez mais rápido enquanto permanece em sintonia com a órbita do binário, que está encolhendo. E, nesse caminho, ele encontra a zona de instabilidade ao redor das binárias, onde os efeitos de três corpos entram em ação e limpam gravitacionalmente essa região.”

disse Touma.

“Apenas a forma natural como essas binárias compactas, essas binárias com menos de sete dias, se formam, já elimina o planeta de maneira natural, sem a necessidade de invocar perturbações adicionais de uma estrela próxima ou outros mecanismos”

disse Farhat.

Segundo Touma, os mesmos processos provavelmente varrem múltiplos planetas de sistemas binários, especialmente aqueles detectáveis pelo Kepler ou pelo TESS.

Os pesquisadores estão aplicando seus modelos para determinar como os efeitos relativísticos gerais impactam aglomerados de estrelas ao redor de pares de buracos negros supermassivos e se, de forma mais especulativa, a relatividade geral pode explicar parcialmente a escassez de planetas ao redor de pulsares binários, duas estrelas de nêutrons em rotação que orbitam uma à outra e emitem pulsos de rádio extremamente regulares.

Este trabalho ilustra o papel fundamental desempenhado pela teoria revolucionária da gravidade de Einstein mesmo em sistemas simples nos quais se acreditava que as leis gravitacionais de Newton explicavam tudo.

“Curiosamente, quase um século após os cálculos de Einstein, simulações computacionais mostraram como efeitos relativísticos podem ter salvado Mercúrio de uma difusão caótica para fora do Sistema Solar. Aqui vemos efeitos relacionados atuando na desestabilização de sistemas planetários. A relatividade geral estabiliza sistemas de algumas maneiras e os perturba de outras.”

completou Touma.

Artigo encontrado no site Phys.org (originalmente publicado em 30/01/2026)

Link para acesso ao original: https://phys.org/news/2026-01-tatooine-planets-rare-general-binary.html