Uma equipa internacional de astrónomos revelou descobertas inovadoras sobre os discos de gás e poeira que rodeiam estrelas jovens próximas, utilizando o poderoso ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Estes resultados, que serão publicados em 12 artigos científicos numa futura edição especial da revista The Astrophysical Journal, fazem parte de um grande programa do ALMA chamado AGE-PRO (ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks). O AGE-PRO observou 30 discos protoplanetários em torno de estrelas semelhantes ao Sol para medir a massa do disco de gás em diferentes idades. O estudo revelou que os componentes do gás e da poeira nestes discos evoluem a ritmos diferentes.

Um disco protoplanetário rodeia a sua estrela hospedeira durante vários milhões de anos, à medida que o seu gás e poeira evoluem e se dissipam, estabelecendo a escala de tempo para a formação de planetas gigantes. A massa e o tamanho iniciais do disco, bem como o seu momento angular, têm uma profunda influência no tipo de planeta que se poderá formar (gigantes gasosos, gigantes gelados ou mini-Neptunos) e nas trajetórias de migração dos planetas. O tempo de vida do gás no interior do disco determina a escala de tempo para o crescimento das partículas de poeira até um objeto do tamanho de um asteroide, a formação de um planeta e, finalmente, a migração do planeta a partir do local onde nasceu.

Observações anteriores do ALMA examinaram a evolução da poeira nos discos; o AGE-PRO, pela primeira vez, rastreia a evolução do gás. "O AGE-PRO fornece as primeiras medições de massas e tamanhos de discos de gás ao longo do tempo de vida de discos de formação planetária", explicou a investigadora principal Ke Zhang da Universidade de Wisconsin-Madison.

A sensibilidade única do ALMA permitiu aos investigadores usar linhas moleculares ténues para estudar o gás frio nestes discos. O levantamento observou 30 discos com diferentes idades, desde menos de 1 milhão de anos até mais de 5 milhões de anos, em três regiões de formação estelar: Ofiúco, Lobo, e Escorpião Superior. Usando o ALMA, o AGE-PRO obteve observações de indicadores chave das massas do gás e da poeira em discos que abrangem fases cruciais da sua evolução, desde a sua formação inicial até à sua eventual dispersão. Estes dados do ALMA servirão como uma biblioteca abrangente de observações de linhas espetrais para uma grande amostra de discos em diferentes fases da sua evolução.

Ilustração artística da evolução de um disco de gás revelada pelo programa AGE-PRO. O programa AGE-PRO observou 30 discos protoplanetários em torno de estrelas semelhantes ao Sol para medir como a massa do disco de gás muda com a idade. A linha superior ilustra a tendência previamente conhecida: a fração de estrelas jovens com discos diminui com o tempo. O estudo AGE-PRO, pela primeira vez, mostra que a massa média do disco de gás dos discos sobreviventes também diminui com a idade. Os discos com menos de 1 milhão de anos têm tipicamente várias vezes a massa de Júpiter em conteúdo gasoso, mas esta cai rapidamente para menos de 1 massa de Júpiter nos sistemas mais antigos. Curiosamente, os discos sobreviventes nos intervalos de idade de 1-3 milhões de anos e 2-6 milhões de anos parecem manter massas de gás medianas semelhantes. Crédito: Colaboração AGE-PRO, C. Agurto-Gangas

O monóxido de carbono (CO) é o indicador químico mais utilizado nos discos protoplanetários, mas para medir completamente a massa de gás num disco, são necessários indicadores moleculares adicionais. O AGE-PRO utilizou o N2H+ como indicador adicional de gás para melhorar significativamente a precisão das medições. As deteções do ALMA foram também configuradas para receber linhas espetrais inesperadas, incluindo H2CO, DCN, DCO+, N2D+, CH3CN. "Este é o primeiro estudo químico em grande escala do seu género, visando os 30 discos com uma gama mais ampla de idades para caracterizar as massas do gás", explicou John Carpenter do Observatório ALMA e colíder deste estudo.

Os resultados do AGE-PRO indicam que, à medida que os discos envelhecem, o gás e a poeira são consumidos a ritmos diferentes e sofrem uma "oscilação" no rácio de massa gás-poeira à medida que os discos evoluem. Zhang explica: "A descoberta mais surpreendente é que, embora a maioria dos discos se dissipe após alguns milhões de anos, os que sobrevivem têm mais gás do que o esperado. Isto altera fundamentalmente a nossa estimativa da acreção atmosférica de planetas formados mais tarde".

A capacidade do ALMA em detetar linhas moleculares ténues proporcionou uma janela para os processos detalhados da evolução do gás nos discos. Ao comparar as medições do AGE-PRO das massas de gás e dos tamanhos dos discos com estudos anteriores que mapeiam as mesmas características das partículas de poeira, Zhang e a sua equipa estão a juntar as inter-relações entre massa, tamanho, transporte de momento angular e fatores ambientais como a fotoevaporação.

A equipa AGE-PRO, que divulgou na semana passada a sua dúzia de artigos científicos, sublinhou a natureza cooperativa, internacional e a longo prazo do seu trabalho partilhado. A coinvestigadora principal Ilaria Pascucci, da Universidade do Arizona, acrescenta: "A ciência é um esforço colaborativo, realizado por pessoas de diferentes países e de diferentes origens, cada uma contribuindo com ideias únicas para fazer avançar o conhecimento e a descoberta".

// NRAO (comunicado de imprensa)
// Observatório ALMA (comunicado de imprensa)
// Universidade do Chile (comunicado de imprensa)
// Universidade de Wisconsin-Madison (comunicado de imprensa)
// Universidade do Arizona (comunicado de imprensa)
// Artigos científicos do programa AGE-PRO

Quer saber mais?

Discos protoplanetários:
Wikipedia
Formação planetária (Wikipedia)

Levantamento AGE-PRO (ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks):
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ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array):
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ALMA (NRAO)
ALMA (ESO)
Wikipedia