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Um tesouro desconhecido de planetas escondido na poeira

Uma nova pesquisa realizada por uma equipa internacional de astrónomos sugere que, em torno de estrelas jovens, podem estar a formar-se superterras e planetas do tamanho de Neptuno em número muito maior do que se pensava.

Observando uma amostra de estrelas jovens numa região de formação estelar na constelação de Touro, os investigadores descobriram que muitas delas estão cercadas por estruturas que podem ser entendidas como sinais criados por planetas jovens e invisíveis em formação. A pesquisa, publicada no Astrophysical Journal, ajuda os cientistas a compreenderem melhor como surgiu o Sistema Solar.

A Nuvem Molecular de Touro, aqui numa imagem obtida pelo Observatório Espacial Herschel, da ESA, é uma região de formação de estrelas a cerca de 450 anos-luz de distância. A imagem cobre cerca de 14 por 16 anos-luz e mostra o brilho da poeira cósmica no material interstelar que permeia a nuvem, revelando um intrincado padrão de filamentos pontilhados com alguns núcleos compactos e brilhantes – as sementes de futuras estrelas.

Há cerca de 4,6 mil milhões de anos, o Sistema Solar era um turbilhão de gás e poeira ao redor do nosso Sol recém-nascido. Nos estágios iniciais, o chamado disco protoplanetário não tinha características distintas, mas rapidamente houve partes que começaram a coalescer em aglomerados de matéria – os futuros planetas. Agregando matéria à medida que giravam em torno do Sol, os aglomerados cresceram e começaram a criar padrões de anéis e divisões ou falhas no disco a partir do qual se formaram. Com o tempo, o disco de poeira deu lugar ao sistema relativamente ordenado que conhecemos hoje, e que consiste em planetas, luas, asteróides e também cometas.

Os cientistas baseiam este cenário de formação do Sistema Solar em observações de discos protoplanetários que existem em volta de outras estrelas suficientemente jovens para estarem neste momento a gerar os seus planetas. Com a ajuda do ALMA (Atacama Large Millimeter Array), composto por 45 antenas de rádio e que se situa no Deserto de Atacama, no Chile, a equipa realizou uma pesquisa de estrelas jovens na região de formação de estrelas de Touro, uma vasta nuvem de gás e poeira localizada a 450 anos-luz de Terra. Ao observar 32 estrelas cercadas por discos protoplanetários, os investigadores descobriram que 12 delas – 40% – têm anéis e falhas, estruturas que, de acordo com as medições e cálculos da equipa, podem ser explicadas pela presença de planetas em formação.

“Isto é fascinante, porque é a primeira vez que as estatísticas de exoplanetas, que sugerem que as superterras e os Neptunos são o tipo mais comum de planetas, coincidem com as observações de discos protoplanetários,” disse Feng Long, estudante de doutoramento no Instituto Kavli de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Pequim e principal autor do estudo.

Enquanto alguns discos protoplanetários surgem como objetos uniformes, tipo panqueca, sem quaisquer características ou padrões, foram observados anéis concêntricos brilhantes separados por falhas. Mas como as pesquisas anteriores se concentraram nos mais brilhantes destes objetos, que são os mais fáceis de encontrar, não havia dados claros sobre a presença no Universo de discos comuns com estruturas de anéis. Este estudo apresenta os resultados da primeira pesquisa em que os discos alvo foram selecionados independentemente do seu brilho – por outras palavras, quando selecionaram os alvos para a pesquisa, os investigadores não sabiam se algum deles tinha estruturas de anéis.

“A maioria das observações anteriores foram direcionadas para detetar a presença de planetas muito grandes, que sabemos serem raros, e que tivessem esculpido grandes buracos em discos brilhantes”, disse Paola Pinilla, do Observatório Steward da Universidade do Arizona. “Em alguns desses discos brilhantes foram inferidos planetas gigantes, mas pouco se sabia sobre os discos mais fracos.”

Até há pouco tempo, acreditava-se que discos protoplanetários eram lisos, tipo panqueca. Os resultados deste estudo mostram que alguns discos são mais parecidos com donuts (com buracos), e mais frequentemente surgem como uma série de anéis. Os anéis são provavelmente esculpidos por planetas que não conseguimos ver.

A equipa, que também inclui Nathan Hendler e Ilaria Pascucci do Laboratório Lunar e Planetário da UA, mediu as propriedades dos anéis e falhas observados com o ALMA e analisou os dados para avaliar possíveis mecanismos que lhes poderão ter dado origem. Embora estas estruturas possam ser esculpidas por planetas, investigações anteriores sugeriam que também podiam ter outra origem. Num dos cenários propostos mais comum, as chamadas linhas de gelo, provocadas por mudanças na química das partículas de poeira ao longo do disco em resposta à distância à estrela hospedeira e ao seu campo magnético, criavam variações de pressão no disco. Estes efeitos podiam criar alterações no disco, que se manifestavam como anéis e falhas.

Os investigadores levaram a cabo análises para testar estas explicações alternativas e não puderam estabelecer correlações entre as propriedades estelares e os padrões de falhas e anéis observados.

“Podemos, assim, descartar a ideia de a origem estar nas linhas de gelo,” disse Pinilla. “As nossas descobertas colocam os planetas a nascer como a causa mais provável dos padrões que observamos, embora alguns outros processos possam também estar relacionados.”

Como é impossível detetar os planetas individualmente, por causa do brilho esmagador da estrela hospedeira, a equipa realizou cálculos para ter uma ideia dos diversos tipos de planetas que poderão estar a formar-se na região do estudo. De acordo com as descobertas, os planetas gasosos do tamanho de Neptuno ou as chamadas superterras – planetas terrestres com até 20 massas da Terra – devem ser os mais comuns. Apenas dois dos discos observados poderiam abrigar gigantes semelhantes a Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar.

“Como a maioria dos levantamentos atuais de exoplanetas não consegue penetrar através da poeira densa dos discos protoplanetários, todos os exoplanetas, com apenas uma exceção, foram detetados em sistemas mais evoluídos, nos quais já não está presente um disco,” disse Pinilla.

Tentando avançar na investigação, o grupo planeia movimentar as antenas do ALMA para aumentar a resolução do array para cerca de cinco unidades astronómicas (1 UA equivale à distância média entre a Terra e o Sol) e tornar as antenas sensíveis a outras frequências, por sua vez, sensíveis a outros tipos de poeira.

“Os nossos resultados são um avanço para a compreensão desta fase chave da formação planetária,” disse Long, “e fazendo estes ajustes, esperamos entender melhor as origens dos anéis e falhas.”

Fonte: Phys.org

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Samuel Azevedo
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