Ao procurar planetas extra-solares, os astrônomos costumam confiar em várias técnicas indiretas. Destes, o método de trânsito (também conhecido como fotometria de trânsito) e o método de velocidade radial (também conhecido como espectroscopia Doppler) são os dois mais eficazes e confiáveis (especialmente quando usados em combinação). Infelizmente, a imagem direta é rara, pois é muito difícil detectar um exoplaneta fraco no meio do brilho de sua estrela hospedeira.
No entanto, melhorias nos interferômetros de rádio e nas imagens por infravermelho próximo permitiram aos astrônomos criar imagens de discos protoplanetários e inferir as órbitas dos exoplanetas. Usando esse método, uma equipe internacional de astrônomos capturou recentemente imagens de um sistema planetário recém-formado. Ao estudar as lacunas e as estruturas em forma de anel desse sistema, a equipe conseguiu fazer a hipótese do tamanho possível de um exoplaneta.
O estudo, intitulado "Anéis e lacunas no disco em torno de Elias 24 revelado pelo ALMA", apareceu recentemente no Avisos mensais da Royal Astronomical Society. A equipe foi liderada por Giovanni Dipierro, astrofísico da Universidade de Leicester, e incluiu membros do Centro de Astrofísica Harvard – Smithsonian (CfA), o Joint ALMA Observatory, o National Radio Astronomy Observatory, o Instituto Max-Planck de Astronomia, e várias universidades e institutos de pesquisa.
No passado, anéis de poeira foram identificados em muitos sistemas protoplanetários, e suas origens e relações com a formação planetária são objeto de muitos debates. Por um lado, eles podem ser o resultado da acumulação de poeira em certas regiões, de instabilidades gravitacionais ou mesmo de variações nas propriedades ópticas da poeira. Como alternativa, eles podem ser o resultado de planetas já desenvolvidos, que fazem com que a poeira se dissipe à medida que passam por ela.
Como Dipierro e seus colegas explicaram em seu estudo:
“O cenário alternativo invoca discos dinamicamente ativos, nos quais planetas já se formaram ou estão em ato de formação. Um planeta incorporado excitará as ondas de densidade no disco circundante, que depositam seu momento angular à medida que são dissipadas. Se o planeta for suficientemente grande, a troca de momento angular entre as ondas criadas pelo planeta e o disco resultará na formação de uma ou várias lacunas, cujas características morfológicas estão intimamente ligadas às condições locais do disco e às propriedades do planeta. ”
Para o estudo, a equipe usou dados das observações do ciclo 2 do Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) - que começaram em junho de 2014. Ao fazer isso, eles conseguiram imaginar a poeira em torno de Elias. com uma resolução de cerca de 28 UA (ou seja, 28 vezes a distância entre a Terra e o Sol). O que encontraram foram evidências de lacunas e anéis que poderiam ser uma indicação de um planeta em órbita.
A partir disso, eles construíram um modelo do sistema que levava em conta a massa e a localização desse planeta em potencial e como a distribuição e a densidade da poeira poderiam fazer com que ela evoluísse. Como eles indicam em seu estudo, seu modelo reproduz muito bem as observações do anel de poeira e previu a presença de um gigante de gás semelhante a Júpiter em quarenta e quatro mil anos:
“Descobrimos que a emissão de poeira no disco é consistente com a presença de um planeta incorporado com uma massa de? 0,7? MJ em um raio orbital de? 60? Au… O mapa de brilho da superfície do nosso modelo de disco fornece uma correspondência razoável com as estruturas semelhantes a lacunas e anéis observadas em Elias 24, com uma discrepância média de 5% a 5% dos fluxos observados em torno da região da lacuna. "
Esses resultados reforçam a conclusão de que as lacunas e anéis observados em uma ampla variedade de discos circunstelares jovens indicam a presença de planetas em órbita. Como a equipe indicou, isso é consistente com outras observações de discos protoplanetários e pode ajudar a lançar luz sobre o processo de formação planetária.
“A imagem que está emergindo das recentes observações de alta resolução e alta sensibilidade dos discos protoplanetários é que os recursos de gap e anel são predominantes em uma grande variedade de discos com diferentes massas e idades”, concluem. “Novas imagens ALMA de alta resolução e alta fidelidade de emissão de poeira e linha de CO térmica e dados de espalhamento de alta qualidade serão úteis para encontrar mais evidências dos mecanismos por trás de sua formação.”
Um dos desafios mais difíceis quando se trata de estudar a formação e evolução de planetas é o fato de que os astrônomos são tradicionalmente incapazes de ver os processos em ação. Mas, graças às melhorias nos instrumentos e à capacidade de estudar sistemas estelares extra-solares, os astrônomos puderam ver os sistemas em diferentes pontos do processo de formação.
Isso, por sua vez, está nos ajudando a refinar nossas teorias de como o Sistema Solar surgiu, e pode um dia permitir-nos prever exatamente que tipos de sistemas podem se formar nos jovens sistemas estelares.
