O ALMA descobre uma fábrica de cometas

Novas observações de uma “armadilha de poeira” em torno de uma estrela jovem solucionam mistério de longa data relativo à formação planetária.

Esta impressão artística mostra a armadilha de poeira no sistema Oph-IRS 48. Esta armadilha de poeira dá às minúsculas rochas do disco um porto seguro onde se podem aglutinar e crescer até atingir o tamanho necessário para poderem sobreviver por si mesmas. Crédito: ESO/L. Calçada

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), os astrónomos obtiveram uma imagem de uma região em torno de uma estrela jovem, onde partículas de poeira podem crescer juntando-se umas às outras. Esta é a primeira vez que uma tal armadilha de poeira é claramente observada e modelizada, resolvendo assim um mistério de longa data relativo ao modo como as partículas de poeira nos discos crescem até atingirem tamanhos suficientemente grandes, que as levem eventualmente a formarem cometas, planetas e outros corpos rochosos. Os resultados são publicados a 7 de junho de 2013 na revista Science.

Esta imagem obtida pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mostra a armadilha de poeira situada no disco que circunda o sistema Oph-IRS 48. A elevada assimetria da emissão de poeira entre as regiões norte e sul do disco (de pelo menos um factor 130) é indicadora da presença de tal armadilha de poeira, a qual dá às minúsculas rochas do disco um porto seguro onde se podem aglutinar e crescer até atingir o tamanho necessário para poderem sobreviver por si mesmas. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Os astrónomos sabem hoje em dia que existem inúmeros planetas em torno de outras estrelas, mas ainda não compreendem bem como é que estes corpos se formam, existindo igualmente muitos aspectos na formação de cometas, planetas e outros corpos rochosos que permanecem um mistério. Agora, novas observações que utilizam o potencial do ALMA, começam a responder a uma das maiores perguntas: como é que pequeníssimos grãos de poeira situados no disco em torno de uma estrela jovem crescem mais e mais, até atingirem o tamanho de cascalho ou mesmo pedregulhos com mais de um metro?

Os modelos de computador sugerem que os grãos de poeira crescem quando colidem uns com os outros, aglutinando-se. No entanto, quando estes grãos maiores chocam de novo a alta velocidade, ficam muitas vezes desfeitos em bocados, voltando à casa de partida. Mesmo quando isso não acontece, os modelos mostram que os grãos maiores rapidamente se deslocam para o interior devido à fricção entre a poeira e o gás, caindo assim na estrela progenitora, o que não lhes deixa nenhuma hipótese de crescer mais.

Assim, os grãos de poeira precisam de um porto seguro onde as partículas possam continuar a crescer até atingirem um tamanho que lhes permita sobreviver por si mesmas. Tais “armadilhas de poeira” foram já sugeridas, mas até agora não havia prova observacional da sua existência.

Esta imagem obtida pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mostra a armadilha de poeira situada no disco que circunda o sistema Oph-IRS 48. Esta armadilha de poeira dá às minúsculas rochas do disco um porto seguro onde se podem aglutinar e crescer até atingir o tamanho necessário para poderem sobreviver por si mesmas.
A parte verde mostra onde é que as partículas maiores (com tamanhos da ordem do milímetro) se encontram localizadas e corresponde à armadilha de poeira descoberta pelo ALMA. O anel laranja mostra as observações das partículas muito mais pequenas (com tamanhos da ordem do micrómetro), obtidas com o instrumento VISIR, montado no Very Large Telescope do ESO.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Nienke van der Marel, estudante de doutoramento no Observatório de Leiden, Holanda, e autora principal do artigo científico que descreve os resultados, estava a usar o ALMA em conjunto com os seus colaboradores para estudar o disco num sistema chamado Oph-IRS 48. A equipa descobriu que a estrela se encontrava rodeada por um anel de gás com um buraco central, criado muito provavelmente por um planeta invisível ou por uma estrela companheira. Observações anteriores obtidas com o Very Large Telescope do ESO tinham já mostrado que as pequenas partículas de poeira formavam também uma estrutura similar em forma de anel. Mas a nova imagem ALMA, mostrando o local onde as partículas maiores, com tamanhos da ordem do milímetro, se encontravam era muito diferente!

“Ao princípio, a forma da poeira na imagem apanhou-nos completamente desprevenidos,” diz van der Marel. “Em vez do anel que esperávamos ver, encontrámos uma forma muito clara em caju! Tivemos que nos convencer que o que estávamos a ver era bem real, mas o sinal forte e a nitidez das observações ALMA não deixavam margem para dúvidas. Foi aí que nos demos conta do que tínhamos descoberto.”

O que tinha sido descoberto era uma região onde os grãos de poeira maiores se encontravam presos e podiam crescer muito mais ao colidir e aglutinar-se uns com os outros. Era uma armadilha de poeira – exactamente o que os teóricos procuravam.

Como van der Marel explica: “Provavelmente estamos a ver um género de fábrica de cometas, já que as condições são propícias ao crescimento das partículas, desde o milímetro até ao tamanho de cometas. Não é provável que a poeira dê origem a planetas a esta distância da estrela. Mas num futuro muito próximo, o ALMA será capaz de observar estas armadilhas de poeira muito mais próximas das estrelas progenitoras, onde os mesmos fenómenos estão a ocorrer. Tais locais seriam efectivamente os berços de planetas recém nascidos.”

Imagem anotada obtida pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), que mostra a armadilha de poeira situada no disco que circunda o sistema Oph-IRS 48. Esta armadilha de poeira dá às minúsculas rochas do disco um porto seguro onde se podem aglutinar e crescer até atingir o tamanho necessário para poderem sobreviver por si mesmas. A zona verde corresponde à armadilha de poeira, onde se acumulam as partículas maiores. O tamanho da órbita de Neptuno pode ser visto no canto superior esquerdo desenhado à escala. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Uma armadilha de poeira forma-se quando partículas de poeira grandes se movem em direção a regiões de alta pressão. Os modelos de computador mostram que tais regiões de alta pressão podem ter origem nos movimentos do gás situado na periferia de um buraco de gás – tal como o encontrado neste disco.

“A combinação de modelizações com observações do ALMA de alta qualidade tornam este projeto único,” diz Cornellis Dullemond do Instituto de Astrofísica Teórica em Heidelberg, Alemanha, um especialista em modelizações de discos e evolução de poeira, e membro da equipa. “Na altura em que estas observações estavam a ser feitas, estávamos nós precisamente a trabalhar em modelos que prediziam exactamente este tipo de estruturas: uma coincidência muito feliz.”

As observações foram feitas quando o ALMA ainda se encontrava em construção. A equipa usou os receptores da Banda 9 do ALMA – aparelhos feitos na Europa que permitem ao ALMA obter imagens extremamente nítidas.

“Estas observações mostram que o ALMA é capaz de nos dar ciência verdadeiramente original, e isto quando ainda operava com menos de metade da rede completa,” diz Ewine van Dishoeck do Observatório de Leiden, uma pessoa que tem contribuído de forma decisiva no projeto ALMA ao longo de mais de 20 anos. “Este incrível salto tanto em sensibilidade como em nitidez de imagem na Banda 9, dá-nos a oportunidade de estudar os aspectos básicos da formação planetária de maneiras que anteriormente não eram simplesmente possíveis.”

Este é um artigo do ESO.