Descoberto um anel de moléculas orgânicas complexas na órbita de uma estrela bebé

Representação artística de um disco protoplanetário.
Crédito: ESO/L. Calçada.

Investigadores detetaram a presença de um anel de moléculas orgânicas complexas movendo-se em redor de uma protoestrela. A descoberta foi realizada usando a rede interferométrica de antenas do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), no norte do Chile, e confirma que muitos dos compostos orgânicos formados no espaço interestelar são transportados até aos discos protoplanetários que rodeiam as estrelas em formação. Este trabalho sugere ainda que as espécies moleculares depositadas nos discos protoplanetários variam consoante a protoestrela, pelo que o estudo da composição química destas regiões poderá revelar no futuro se o Sistema Solar é ou não um exemplo típico de um sistema planetário.

Desde há muito que os astrónomos sabem que as nuvens interestelares são fábricas muito eficientes na criação de moléculas orgânicas complexas. Pensa-se que durante a formação do Sistema Solar, há aproximadamente 4,6 mil milhões de anos, algumas destas moléculas foram transportadas desde o espaço interestelar até ao disco de poeira em rotação donde emergiram os planetas que hoje conhecemos. Mais tarde, estes compostos tiveram um papel essencial na química prebiótica responsável pelo aparecimento da vida na Terra. Contudo, permanece ainda por explicar quais as moléculas orgânicas e em que quantidades foram fornecidas pelo espaço interestelar.

Na última década, observações radioastronómicas permitiram detetar moléculas orgânicas complexas saturadas, como o metanol (CH₃OH) e o metanoato de metilo (HCOOCH₃), em protoestrelas do tipo solar, no entanto a sua distribuição era demasiado compacta para ser resolvida pelos radiotelescópios até então disponíveis. Recorrendo às capacidades revolucionárias do observatório ALMA, a equipa de investigadores liderada por Yoko Oya do Departamento de Física da Universidade de Tóquio, no Japão, estudou a distribuição espacial em alta resolução de uma variedade de compostos orgânicos complexos em redor de IRAS 16293-2422A, uma protoestrela de classe 0 localizada na direção da constelação de Ofiúco, a aproximadamente 390 anos-luz de distância da Terra.

Este mapa mostra a localização da região de formação estelar Rho Ophiuchi, localizada na direção da constelação Ofiúco. A estrela Rho Ophiuchi, que dá o nome à região, está marcada com a letra grega rho (ρ). IRAS 16293-2422 é um sistema composto por duas protoestrelas, a primeira (A) com uma massa semelhante à do Sol e a segunda (B) com menos de um décimo da massa da nossa estrela. A sua posição está assinalada no mapa a vermelho.
Crédito: ESO, UAI e Sky and Telescope.

As observações permitiram aos investigadores identificar uma estrutura em forma de anel circunstelar rica em moléculas orgânicas complexas, com um raio aproximado de 50 UA. Esta estrutura representa provavelmente a região de transição entre a nuvem de gás interestelar e o disco de poeira e gás em rotação que rodeia a jovem estrela. No interior do disco, os investigadores observaram ainda diferenças importantes nas distribuições das moléculas de metanoato de metilo e de sulfureto de carbonilo (OCS). Aparentemente, o metanoato de metilo encontra-se confinado a uma região mais compacta em redor da protoestrela, enquanto que o sulfureto de carbonilo reside principalmente na região mais interior do envelope gasoso que rodeia o disco protoplanetário. “Quando medimos, através do efeito Doppler, o movimento do gás contendo metanoato de metilo, descobrimos um claro movimento de rotação específico da estrutura em anel”, explicou Oya. As mesmas observações permitiram também a identificação de uma distribuição similar para as moléculas de metanol.

Em cima: representação esquemática da estrutura em forma de anel descoberta em redor de IRAS 16293-2422A. Em baixo: distribuição espacial das moléculas de metanoato de metilo e de sulfureto de carbonilo observada pelo ALMA. O metanoato de metilo concentra-se principalmente numa região localizada a cerca de 50 UA de IRAS 16293-2422A, enquanto que o sulfureto de carbonilo se distribui até uma distância de cerca de 200 UA.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Oya et al.

Os compostos orgânicos identificados em IRAS 16293-2422A são formados no espaço interestelar e preservados na superfície de grãos de poeira. Nas proximidades da fronteira externa do disco, estes compostos evaporam-se devido provavelmente ao calor gerado pela colisão entre os materiais em rotação no disco e os gases em colapso provenientes da nuvem interestelar. Este resultado constitui assim a primeira evidência direta de que os compostos orgânicos interestelares são, de facto, transportados até aos discos circunstelares em rotação a partir do qual emergem os sistemas planetários.

Em 2014, a mesma equipa identificou uma estrutura em anel semelhante formada por monóxido de enxofre (SO) no disco que rodeia a protoestrela L1527. Curiosamente, nessa jovem estrela, os investigadores observaram uma concentração relativamente elevada de compostos orgânicos insaturados, tais como o radical etinil (CCH) e o ciclopropino (c-C₃H₂), no envelope gasoso que rodeia o disco protoplanetário, enquanto que o monóxido de enxofre se distribuía preferencialmente na fronteira entre o gás em colapso e a estrutura do disco. Mais importante ainda foi a ausência praticamente absoluta de compostos orgânicos complexos saturados no disco de L1527, o que demonstra com clareza que os materiais depositados nos discos protoplanetários diferem de estrela para estrela.

Este trabalho foi publicado no passado mês de junho na revista Astrophysical Journal e pode ser encontrado aqui.