O jovem e em evolução sistema planetário da estrela Beta Pictoris, com 23 milhões de anos, é considerado um disco de poeira circumestelar emblemático, que alberga pelo menos três planetas gigantes gasosos. Descoberto já em 2008 através de imagens diretas, Beta Pic b é o mais massivo desses planetas, com aproximadamente 11 vezes a massa de Júpiter. Orbita a sua estrela hospedeira numa trajetória ampla, demorando cerca de 23 anos a completar uma revolução.
Astrónomos do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, do OCA (Observatoire de la Côte d’Azur), em Nice, na França, e de outras instituições observaram Beta Pic b para investigar a origem do planeta e a sua potencial variabilidade atmosférica com o instrumento GRAVITY+, recentemente melhorado. Este está montado no VLTI (Very Large Telescope Interferometer), operado pelo ESO em Paranal, no Chile. A doutoranda Antonia von Stauffenberg é a autora principal do estudo publicado como carta na revista Astronomy & Astrophysics.
"O instrumento interferométrico GRAVITY+ é altamente estável [...], o que o torna excecionalmente capaz de caracterizar com elevada fidelidade exoplanetas observados diretamente", afirma o coautor e cientista do Instituto Max Planck de Astronomia, Jonas Sauter. O GRAVITY+ é uma atualização do instrumento GRAVITY original, equipado com ótica adaptativa melhorada.
O que podemos aprender sobre a atmosfera e a origem de Beta Pic b?
A equipa aplicou um método proposto há alguns anos para identificar o local de nascimento de um planeta no interior do seu disco de formação planetária. Ao medir a abundância relativa entre duas versões diferentes de carbono (C) contidas no gás monóxido de carbono (CO) na atmosfera de Beta Pic b, deverá ser possível inferir se o planeta se formou fora ou dentro de uma região do disco onde o monóxido de carbono estava presente sob a forma de gelo. Tendo em conta a irradiação da estrela hospedeira que aquece o disco a partir do seu centro, isto traduzir-se-ia diretamente na distância da estrela a que o planeta se formou. O raio a que a temperatura é suficientemente baixa para transformar o gás em gelo é frequentemente designado por "linha de neve".
O termo técnico para as diferentes formas de um elemento, como o carbono, é "isótopo". Os isótopos apresentam o mesmo número de protões (carga positiva) no núcleo de um átomo, mas diferem no número de neutrões (carga neutra), como nos dois isótopos de carbono, 12C e 13C. Consequentemente, têm massas ligeiramente diferentes, mas apresentam propriedades químicas semelhantes. No espaço, o carbono é frequentemente encontrado associado ao oxigénio, formando moléculas de 12CO e 13CO.
Um empolgante cenário
Curiosamente, numa tentativa anterior de avaliar a relação entre o 12CO e o 13CO, ligeiramente mais pesado, o cientista Matthieu Ravet utilizou o instrumento GRAVITY original, antes da sua atualização, o que resultou num rácio comparativamente baixo. Os autores já suspeitavam que o GRAVITY pudesse ter sido inadequado para resolver corretamente os sinais neste conjunto de dados e aconselharam cautela na interpretação dos resultados. Ainda assim, seguindo a lógica do cenário acima mencionado, este valor à primeira vista sugere que Beta Pic b poderá ter crescido no disco exterior, para além da linha de neve, através da acumulação de CO gelado em vez de CO gasoso.
No entanto, a uma distância de cerca de 10 UA (1 Unidade Astronómica é a distância média entre o Sol e a Terra, cerca de 149,6 milhões de quilómetros) da estrela hospedeira, Beta Pic b orbita atualmente o disco claramente entre a estrela e a linha de neve, onde o CO deveria estar presente predominantemente na forma de gás. Assumindo que o resultado estava correto, esta descoberta indicaria que Beta Pic b pode ter migrado pelo disco.
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O instrumento GRAVITY do VLTI (Very Large Telescope Interferometer) no Observatório de Paranal do ESO.
Crédito: G. Rojas/ESO |
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Resultados novos e melhores com o GRAVITY+
Utilizando o GRAVITY+, von Stauffenberg e colaboradores obtiveram agora um rácio 12CO/13CO atualizado e mais preciso na atmosfera de Beta Pic b, que é significativamente superior ao valor anterior. Embora o 12CO seja claramente detetado e o seu teor seja fácil de determinar, a medição do 13CO requer uma abordagem mais sofisticada. Curiosamente, a proporção é consistente com o valor relatado no artigo complementar de González Picos et al. (2026), recorrendo a um instrumento diferente. Isto demonstra a melhoria na qualidade dos dados que o GRAVITY+ proporciona em comparação com o seu projeto original. O resultado anterior do GRAVITY foi claramente afetado por incertezas sistemáticas.
Além disso, os astrónomos também encontraram indícios subtis de que os níveis observados de fluxo provenientes do planeta variam ao longo do tempo. Apesar da sua baixa significância, as variações predominantes parecem estar ligadas ao período de rotação do planeta, de aproximadamente 8,7 horas. Se for verdade, isto pode sugerir a existência de nuvens ou de processos químicos na atmosfera de Beta Pic b. No entanto, são necessárias observações mais sensíveis para confirmar o resultado.
Antonia von Stauffenberg afirma: "A capacidade de determinar com precisão tanto os isotópologos como a potencial variabilidade rotacional, utilizando observações terrestres de um planeta genuíno como Beta Pictoris b, demonstra a excecional qualidade dos dados obtidos com o instrumento GRAVITY+ melhorado".
Dúvidas quanto ao significado dos rácios
No esquema proposto para determinar o local de nascimento de um gigante gasoso, a nova e mais precisa relação entre o 12CO e o 13CO situa claramente Beta Pic b na zona mais quente e interna do disco natal de formação planetária, o que é consistente com a localização atual do planeta. Além disso, o rácio corresponde, em linhas gerais, aos valores normalmente encontrados no Sistema Solar e no meio interestelar, que preenche o espaço entre as estrelas da Via Láctea. A esmagadora maioria dos cerca de uma dúzia de jovens planetas gigantes gasosos analisados quanto ao rácio de CO apresenta valores semelhantes.
Esta consistência pode, na verdade, ser uma má notícia, porque a relação de isótopos de carbono não parece, afinal, ser assim tão diagnóstica quando utilizada como indicador para identificar a distância de um planeta em relação à sua estrela hospedeira. A explicação mais provável é que qualquer variação potencial durante a formação do planeta seja demasiado pequena para ser detetada pelo método proposto. Isto significa que o rácio 12CO/13CO não é, atualmente, suficientemente decisivo para fornecer informações específicas acerca de ambientes individuais de formação planetária.
"Ainda é difícil utilizar o 13CO como indicador da formação de planetas gigantes, devido às incertezas que ainda persistem nos modelos e nas medições", afirma Antonia von Stauffenberg.
Por conseguinte, é muito provável que os astrónomos estejam a ignorar alguns aspetos físicos cruciais que regem a química do CO gelado nos discos de formação planetária. Assim, afinal de contas, a relação 12CO/13CO pode não dizer muito sobre as diferenças entre os ambientes gasosos mais amenos e o reino frio, repleto de CO gelado. Por enquanto, parece que os planetas gasosos gigantes com órbita ampla se recusam a revelar as suas origens. São necessárias novas ferramentas capazes de distinguir entre cenários de formação planetária, e o GRAVITY+ poderá desempenhar um papel vital na sua descoberta e avaliação.
// Instituto Max Planck de Astronomia (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
Quer saber mais?
Beta Pictoris b:
NASA
Exoplanet.eu
Wikipedia
Beta Pictoris:
Wikipedia
Linha de neve:
Wikipedia
VLT (Very Large Telescope):
ESO
Wikipedia
VLTI (ESO)
GRAVITY+ (ESO) |
