Esculpindo sistemas solares

O instrumento SPHERE do ESO revela discos protoplanetários a serem esculpidos por planetas recém nascidos.

Estes três discos protoplanetários foram observados com o instrumento SPHERE, montado no Very Large Telecope do ESO.
As observações foram feitas no intuito de compreender a evolução enigmática destes sistemas planetários bebés.
Crédito: ESO

Novas observações muito nítidas revelaram estruturas notáveis em discos de formação planetária situados em torno de estrelas jovens.

O instrumento SPHERE, montado no Very Large Telescope do ESO, tornou possível observar a dinâmica complexa de sistemas planetários jovens — incluindo um que vemos desenvolver em tempo real.

Os resultados recentemente publicados por três equipas de astrónomos demonstram as capacidades impressionantes do SPHERE em capturar a maneira como os planetas esculpem os discos que os formam — mostrando a complexidade do meio no qual estes novos mundos nascem.

O disco em torno da estrela jovem RXJ1615.
Crédito: ESO, J. de Boer et al.

Três equipas de astrónomos utilizaram o SPHERE, um instrumento de vanguarda na busca de exoplanetas, montado no Very Large Telescope (VLT) no Observatório do Paranal do ESO, no intuito de compreenderem a evolução enigmática de jovens sistemas planetários. O aumento do número de exoplanetas conhecidos nos últimos anos faz com que o estudo destes objetos seja um dos mais dinâmicos campos da astronomia moderna.

Sabe-se hoje que os planetas se formam a partir de vastos discos de gás e poeira situados em torno de estrelas recém nascidas, os chamados discos protoplanetários. Estes discos podem estender-se por centenas de milhões de quilómetros. Ao longo do tempo, as partículas nestes discos protoplanetários colidem, combinam-se e eventualmente vão crescendo até terem o tamanho de planetas. No entanto, os pormenores sobre a evolução destes discos de formação de planetas permanecem ainda um mistério.

O disco em torno da estrela HD97048.
Crédito: ESO, C. Ginski et al.

O SPHERE é uma adição recente ao complemento de instrumentos do VLT que, com a sua combinação de tecnologias inovadoras, nos fornece um método poderoso para obter imagens diretas de detalhes extremos em discos protoplanetários. A interação entre estes discos e os planetas que se estão a formar no seu seio pode fazer com que os discos tomem diversas formas: enormes anéis, braços em espiral ou vazios ensombrados. Estas formas são de particular interesse, uma vez que ainda estamos à procura de uma ligação clara entre estas estruturas e os planetas que as esculpem — um mistério que os astrónomos pretendem resolver sem demora. Felizmente, as capacidades especializadas do SPHERE tornam possível a observação direta destas notáveis estruturas.

Por exemplo, a RXJ1615 é uma estrela jovem situada na constelação do Escorpião, a 600 anos-luz de distância da Terra. Uma equipa liderada por Jos de Boer, do Observatório de Leiden na Holanda, descobriu um sistema complexo de anéis concêntricos em torno da jovem estrela, criando uma forma que parece uma versão titânica dos anéis que rodeiam Saturno. No passado, apenas se obtiveram algumas imagens de uma tão intricada escultura de anéis num disco protoplanetário e, mais excitante ainda, todo o sistema parece ter apenas 1,8 milhões de anos de idade. O disco apresenta indícios de ter sido esculpido por planetas ainda em processo de formação.

A idade do novo disco protoplanetário detectado faz da RXJ1615 um sistema notável, uma vez que a maioria dos outros exemplos de discos protoplanetários detectados até à data são relativamente velhos ou evoluídos. Os resultados inesperados da equipa de de Boer foram rapidamente seguidos pelas descobertas de uma equipa liderada por Christian Ginski, também do Observatório de Leiden. Esta equipa observou a jovem estrela HD97048, situada na constelação do Camaleão, a cerca de 500 anos-luz de distância da Terra. Através de análise muito detalhada, os investigadores descobriram que o jovem disco que rodeia esta estrela está também estruturado em anéis concêntricos. A simetria destes dois sistemas é um resultado surpreendente, uma vez que a maioria dos sistemas protoplanetários observados até à data contêm uma multitude de braços em espiral assimétricos, vazios e vórtices. Estas descobertas aumentam significativamente o número de sistemas conhecidos com anéis múltiplos altamente simétricos.

Um exemplo particularmente espetacular do disco assimétrico mais comum foi capturado por um grupo de astrónomos liderado por Tomas Stolker do Instituto de Astronomia Anton Pannekoek, na Holanda. Este disco rodeia a estrela HD135344B, situada a cerca de 450 anos-luz de distância. Embora esta estrela tenha já sido bem estudada no passado, o SPHERE permitiu observar o disco protoplanetário da estrela com o maior detalhe obtido até à data. Pensa-se que a enorme cavidade central e duas estruturas em forma de braços em espiral proeminentes foram criadas por um ou mais protoplanetas massivos, destinados a tornarem-se mundos do tipo de Júpiter.

Adicionalmente, foram observadas quatro tiras escuras, aparentemente sombras lançadas pelo movimento do material no seio do disco da HD135344B. Notavelmente, uma das tiras teve uma variação notória nos meses que decorreram entre os períodos de observação: um exemplo raro de evolução planetária a decorrer em tempo real de observação, e apontando para mudanças a ocorrer nas regiões do disco interno que não podem ser diretamente detectadas pelo SPHERE. Para além de produzirem belas imagens, estas sombras cintilantes dão-nos uma oportunidade única de investigar a dinâmica das regiões mais internas do disco.

Tal como com os anéis concêntricos descobertos por de Boer e Ginski, estas observações obtidas pela equipa de Stolker provam que o meio complexo e em mudança dos discos que rodeiam as estrelas jovens são ainda capazes de nos mostrar novas descobertas surpreendentes. Ao compreenderem melhor estes discos protoplanetários, estas equipas avançam cada vez mais no caminho de compreenderem como é que os planetas esculpem os discos que os formam — e portanto compreenderem a própria formação planetária.

O disco em torno da estrela HD135344B.
Crédito: ESO, T. Stolker et al.

Este é um artigo do ESO, que pode ser lido aqui.