ALMA TESTEMUNHA FORMAÇÃO PLANETÁRIA EM AÇÃO 18 de outubro de 2019
Impressão de artista do gás que flui como uma cascata para uma abertura num disco protoplanetário, provavelmente provocado por um planeta em formação.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Pela primeira vez, os astrónomos que usam o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) testemunharam os movimentos 3D de gás num disco protoplanetário. Em três locais do disco em torno de uma jovem estrela chamada HD 163296, o gás flui como uma cascata para aberturas que são provavelmente provocadas por planetas em formação. Estes fluxos gasosos há muito que foram previstos e influenciam diretamente a composição química das atmosferas dos planetas. Esta investigação foi publicada na edição mais recente da revista Nature.
Os locais de nascimento dos planetas são discos feitos de gás e poeira. Os astrónomos estudam estes chamados discos protoplanetários a fim de entender os processos de formação planetária. As incríveis imagens destes discos, obtidas com o ALMA, mostram lacunas distintas e características anulares na poeira, que podem ser provocadas por planetas bebés.
Para ter mais certeza de que os planetas provocam estas divisões, e para ter uma visão completa da formação planetária, os cientistas estudam o gás nos discos, além da poeira. Noventa e nove por cento da massa de um disco protoplanetário é gás, dos quais o monóxido de carbono (CO) é o componente mais brilhante, e o ALMA pode observá-lo.
No ano passado, duas equipas de astrónomos demonstraram uma nova técnica de caça planetária usando este gás. As equipas mediram a velocidade do gás monóxido de carbono que gira em redor da jovem estrela HD 163296. Distúrbios localizados nos movimentos do gás revelaram três padrões semelhantes a planetas no disco.
Neste novo estudo, o autor principal Richard Teague da Universidade do Michigan e a sua equipa usaram novos dados ALMA de alta resolução do projeto DSHARP (Disk Substructures at High Angular Resolution Project) para estudar em mais detalhe a velocidade do gás. "Com os dados de alta fidelidade deste programa, conseguimos medir a velocidade do gás em três direções, em vez de apenas uma," disse Teague. "Pela primeira vez, medimos o movimento do gás em todas as direções possíveis. Girando, aproximando-se ou afastando-se da estrela, e para cima ou para baixo no disco."
Teague e colegas viram o gás movendo-se das camadas superiores em direção ao meio do disco em três locais diferentes. "O que provavelmente acontece é que um planeta em órbita em redor da estrela empurra o gás e a poeira para o lado, abrindo uma lacuna," explicou Teague. "O gás acima da divisão entra em colapso como uma cascata, provocando um fluxo giratório de gás no disco."
Esta é a melhor evidência, até à data, de que realmente existem planetas em formação em torno de HD 163296. Mas os astrónomos não podem dizer com 100% de certeza que os planetas provocam o fluxo de gás. Por exemplo, o campo magnético da estrela também pode provocar distúrbios no gás. "De momento, apenas a observação direta dos planetas podia descartar as outras opções. Mas os padrões deste gás são únicos e, muito provavelmente, apenas os planetas podem provocá-los," disse o coautor Jaehan Bae, do Instituto Carnegie para Ciência, que testou esta teoria com uma simulação de computador do disco.
As posições dos três planetas previstos neste estudo correspondem aos resultados do ano passado. Estão provavelmente localizados a 87, 140 e 237 UA (1 UA, ou unidade astronómica, é a distância média da Terra ao Sol). Calculou-se que o planeta mais próximo de HD 163296 tem metade da massa de Júpiter e o planeta mais distante tenha o dobro da massa de Júpiter.
Os fluxos de gás da superfície para o plano médio do disco protoplanetário foram previstos no final da década de 1990. Mas esta é a primeira vez que os astrónomos os observam. Além de serem úteis para detetar planetas bebés, estes fluxos também podem esculpir a nossa compreensão de como os planetas gigantes gasosos obtêm as suas atmosferas.
"Os planetas formam-se na camada intermédia do disco, no chamado plano médio. Este é um lugar frio, protegido da radiação estelar," explicou Teague. "Nós pensamos que estas aberturas provocadas pelos planetas trazem gás mais quente das camadas externas e quimicamente mais ativas do disco e que este gás irá formar a atmosfera do planeta."
Teague e a sua equipa não esperavam poder ver este fenómeno. "O disco em torno de HD 163296 é o maior e o mais brilhante disco que podemos ver com o ALMA," salientou Teague. "Mas foi uma grande surpresa ver estes fluxos de gás com tanta nitidez. Os discos parecem ser muito mais dinâmicos do que pensávamos."
"Isto dá-nos uma imagem muito mais completa da formação dos planetas do que jamais sonhámos," disse o coautor Ted Bergin da Universidade de Michigan. "Ao caracterizar estes fluxos, podemos determinar como nascem os planetas como Júpiter e caracterizar a sua composição química durante o nascimento. Podemos ser capazes de usar isto para rastrear o local de nascimento destes planetas, pois podem mover-se durante a formação."
Os cientistas mediram o movimento do gás (setas) num disco protoplanetário em três direções: girando em torno da estrela, aproximando-se ou afastando-se da estrela, e para cima e para a baixo no disco. A inserção mostra uma ampliação de onde um planeta em órbita da estrela empurra o gás e a poeira, criando uma divisão.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton
Uma simulação de computador que mostra que os padrões de fluxo gasoso são únicos e muito provavelmente provocados por planetas em três locais do disco. Os planetas em órbita da estrela empurram o gás e a poeira, criando aberturas. O gás por cima destas lacunas colapsa como uma cascata, criando um fluxo giratório de gás no disco.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Bae; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
