Os astrônomos descobriram, pela primeira vez, luas se formando no disco de entulho em torno de um grande exoplaneta. Os astrônomos suspeitam há muito tempo que é assim que planetas maiores - como Júpiter, em nosso próprio Sistema Solar - conseguem suas luas. Tudo está acontecendo em torno de uma estrela muito jovem chamada PDS 70, a cerca de 370 anos-luz de distância na constelação Centaurus.
"Pela primeira vez, podemos ver de forma conclusiva os sinais reveladores de um disco circunplanetário ..."
Andrea Isella, Autor Principal, Universidade Rice
A teoria aceita de como os planetas se formam é chamada de hipótese nebular. Tudo começa com a formação de uma estrela em uma enorme nuvem de gás chamada nuvem molecular gigante (GMC). À medida que a estrela se forma, a nuvem é moldada em um disco achatado e rotativo de gás e poeira chamado disco protoplanetário, ou disco circunstelar. A matéria começa a se fundir em aglomerados neste disco, e esses aglomerados se transformam em planetas.
Se a massa de um planeta que se forma no disco cresce mais que aproximadamente 10 massas terrestres, outra coisa acontece. Devido à sua massa, esse planeta abre uma lacuna no disco protoplanetário. À medida que o material passa por essa lacuna, ele pode se aproximar o suficiente do planeta para que a gravidade do planeta domine a gravidade da estrela hospedeira. Esse material é então capturado em um disco circumplanetário (CPD) girando em torno do planeta, como um disco dentro de um disco.
Grande parte do material dentro de um disco circulares é agregado ao planeta em formação. Mas não toda ela. As mesmas forças que criaram planetas a partir do disco circunstelar vão para o trabalho. Eles podem criar luas a partir do material que gira no disco ao redor do planeta.
Agora, uma equipe de astrônomos avistou esse disco circplanetário e luas formando nele, pela primeira vez.
O principal autor do estudo que descreve essas descobertas é Andrea Isella, astrônoma da Rice University, em Houston, Texas. As descobertas foram publicadas nas cartas do The Astrophysical Journal e têm o título "Detecção de emissão de submilímetro contínuo associado a protoplanetas candidatos".
"Os planetas se formam a partir de discos de gás e poeira em torno de estrelas recém-formadas, e se um planeta for grande o suficiente, ele poderá formar seu próprio disco ao reunir material em sua órbita ao redor da estrela", disse Isella. "Júpiter e suas luas são um pequeno sistema planetário dentro do nosso sistema solar, por exemplo, e acredita-se que as luas de Júpiter tenham se formado a partir de um disco circunplanetário quando Júpiter era muito jovem."
Tudo está acontecendo ao redor da estrela PDS 70. Essa estrela foi notícia há um ano atrás, quando os astrônomos capturaram a primeira imagem de um planeta recém-formado em um disco circunstancial. Esse planeta é chamado PDS 70b. Essa descoberta foi uma grande notícia na época, por um bom motivo.
O PDS 70b não é o único planeta que orbita a estrela. Há outro planeta, o PDS 70c, também em órbita, e os dois são gigantes gasosos. Ambos os planetas foram detectados pelo telescópio muito grande do Observatório Europeu do Sul (ESO) (VLT) em óptica e infravermelho. O brilho quente do hidrogênio acumulado no par de planetas é o que os denunciou.
A equipe combinou as observações do VLT com as novas observações de rádio do Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter Array (ALMA.) O resultado é uma evidência convincente de um disco protoplanetário em torno da estrela mais externa, PDS 70c.
"Pela primeira vez, podemos ver de maneira conclusiva os sinais reveladores de um disco circplanetário, o que ajuda a apoiar muitas das teorias atuais da formação de planetas", disse Andrea Isella, principal autora.
"Comparando nossas observações às imagens ópticas e infravermelhas de alta resolução, podemos ver claramente que uma concentração enigmática de minúsculas partículas de poeira é na verdade um disco de poeira que gira em torno do planeta, a primeira característica desse tipo já observada conclusivamente", disse ele. Segundo os pesquisadores, esta também é a primeira vez que um planeta é visto claramente nessas três faixas distintas de luz.
Uma pergunta respondida, outra pergunta
O PDS 70b e c exibem características diferentes, e a equipe por trás deste estudo não tem exatamente certeza do que tudo isso significa.
"O que é isso e o que significa para este sistema planetário ainda não é conhecido."
Andrea Isella, Autor Principal, Universidade Rice
O PDS 70c, a estrela mais externa do par, está tão longe de sua estrela quanto Netuno está do sol. Está exatamente no mesmo local que um nó óbvio de poeira visto nos dados do ALMA. Como esse planeta brilha tão intensamente nas faixas de infravermelho e hidrogênio da luz, os astrônomos podem dizer convincentemente que um planeta totalmente formado já está em órbita lá. As faixas brilhantes de infravermelho e hidrogênio mostram que o gás próximo ainda está sendo acreetado na superfície do planeta, terminando seu surto de crescimento na adolescência.
Os astrônomos estimam que o PDS 70c é aproximadamente 1 a 10 vezes a massa de Júpiter. "Se o planeta está na extremidade maior dessa estimativa, é bem possível que haja luas do tamanho de planetas em formação em torno dele", observou Isella.
Mas o PDS 70b tem outra coisa acontecendo. Esses planetas, que estão aproximadamente à mesma distância de sua estrela que Urano e do Sol, têm uma massa de poeira atrás dele como uma cauda. E os astrônomos não têm certeza de como isso se encaixa.
"O que é isso e o que significa para este sistema planetário ainda não é conhecido", disse Isella. "A única coisa conclusiva que podemos dizer é que está longe o suficiente do planeta para ser uma característica independente".
Os astrônomos têm certeza de que o processo que eles podem ver em torno do PDS 70c é o mesmo processo que trabalhou para criar as luas de Júpiter. Vale ressaltar, no entanto, que o outro gigante de gás do nosso Sistema Solar é distinto de Júpiter. As luas de Saturno provavelmente foram criadas como resultado de um disco circumplanetário, mas seus anéis de gelo provavelmente foram criados por cometas e outros corpos rochosos colidindo.
Esses sistemas exoplanetários são notoriamente difíceis de observar na luz óptica e infravermelha. A energia da estrela nessas partes do espectro afoga a luz dos planetas. Mas não para o ALMA.
O ALMA foca nas ondas de rádio e as estrelas emitem apenas ondas de rádio fracamente. A equipe diz que pode continuar observando o sistema PDS 70 com o ALMA para observar como ele muda e se desenvolve.
"Isso significa que seremos capazes de voltar a esse sistema em diferentes períodos e mapear mais facilmente a órbita dos planetas e a concentração de poeira no sistema", concluiu Isella. "Isso nos dará informações exclusivas sobre as propriedades orbitais dos sistemas solares em seus estágios iniciais de desenvolvimento".
A descoberta desse disco circumplanetário e as prováveis luas que se formam nele são interessantes por si só, mas a maneira como a equipe encontrou o disco também é promissora para o futuro. Enquanto outros foram encontrados, este estudo é o mais convincente.
"Há um punhado de planetas candidatos que foram detectados em discos, mas esse é um campo muito novo, e todos ainda são debatidos", disse Isella. "(PDS 70 be PDS 70 c) estão entre os mais robustos porque houve observações independentes com diferentes instrumentos e técnicas."
Na conclusão de seu trabalho, os autores dizem: "Argumentamos que as observações ópticas, NIR e (sub) milimétricas são altamente complementares porque investigam diversos aspectos dos processos de acreção de planetas e são afetadas por diferentes erros sistemáticos". Eles também observam que o ALMA sozinho não pode fazer o trabalho. Ao combinar as diferentes observações, eles abriram esses exoplanetas e seus discos para um estudo mais detalhado.
Do estudo: “À medida que o ALMA e os telescópios ópticos existentes estão atingindo todas as suas capacidades de imagem, as próximas observações de discos circunstelares próximos caracterizados por cavidades e lacunas como as observadas no PDS 70 podem revelar mais planetas recém-nascidos interagindo com seu disco natal. Tais observações são fundamentais para investigar os processos responsáveis pela formação dos sistemas planetários. ”
Fontes:
- Comunicado à imprensa: Disco circplanetário "formador de lua" descoberto em sistema estelar distante
- Press Release: Disco formador de lua descoberto em planeta distante
- Trabalho de Pesquisa: Detecção de Emissão de Submilímetro Continuum Associada a Protoplanetas Candidatos
