O ALMA revela locais de construção planetária

Impressão artística de um disco transitório em torno de uma estrela jovem.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Kornmesser

Novas evidências apontam para a existência de jovens planetas em discos que rodeiam estrelas jovens.

Figura esquemática de um disco transitório em torno de uma estrela jovem.
Crédito: ESO/M. Kornmesser

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), os astrónomos obtiveram as mais claras indicações conseguidas até à data de que planetas com várias vezes a massa de Júpiter se formaram recentemente nos discos de gás e poeira que rodeiam quatro estrelas jovens.

Medições do gás em torno das estrelas forneceram também pistas adicionais relativas às propriedades destes planetas.

Imagem ALMA do disco transitório da HD 135344B. Crédito: ALMA (ESO/NOAJ/NRAO)

Existem planetas em órbita de quase todas as estrelas, no entanto os astrónomos ainda não compreendem bem como — e sob que condições — é que estes corpos se formam. Para responder a estas perguntas, foi feito um estudo dos discos em rotação de gás e poeira que se situam em torno de estrelas jovens e a partir dos quais se formam os planetas. Como estes discos são pequenos e encontram-se muito distantes da Terra, foi necessário utilizar o ALMA para revelar os seus segredos.

Uma classe especial destes discos, os discos transitórios, possui uma falta surpreendente de poeira nos seus centros, na região em torno da estrela. Duas ideias principais foram adiantadas para explicar estas estranhas cavidades na poeira dos discos. A primeira diz que ventos estelares fortes e radiação intensa poderiam ter soprado para longe ou mesmo destruído o material circundante – este processo, que limpa a poeira e o gás de dentro para fora, é conhecido por fotoevaporação. Alternativamente, planetas jovens massivos em processo de formação poderão também ter limpo o material à medida que orbitam a estrela.

A sensibilidade sem paralelo e a nitidez de imagem do ALMA permitiram a uma equipa de astrónomos, liderada por Nienke van der Marel do Observatório de Leiden, Holanda, mapear de modo muito rigoroso a distribuição do gás e poeira em quatro discos transitórios. Os quatro alvos estudados neste trabalho foram: SR 21, HD 135344B (também conhecido por SAO 206462), DoAr 44 e Oph IRS 48.
Este estudo permitiu à equipa escolher pela primeira vez entre as duas diferentes opções que poderão causar estas cavidades na poeira dos discos.

Estas novas imagens mostram que existem quantidades significativas de gás no interior das cavidades da poeira. (O gás presente nos discos transitórios é essencialmente constituído por hidrogénio, sendo este traçado através de observações da molécula de monóxido de carbono — CO.)
No entanto, e para surpresa da equipa, o gás possui também ele uma cavidade, embora esta seja até cerca de três vezes mais pequena que a da poeira.

Este resultado só pode ser explicado pelo cenário de planetas massivos recém formados que limpam o gás à medida que viajam nas suas órbitas, mas que capturam as partículas de poeira mais longe.

“Observações anteriores apontavam já para a presença de gás no interior dos espaços vazios de poeira,” explica Nienke van der Marel. “Mas como o ALMA consegue obter imagens do material no disco inteiro com muito mais detalhe do que outras infraestruturas de observação, pudemos excluir o outro cenário alternativo. Os espaços vazios apontam claramente para a presença de planetas com várias vezes a massa de Júpiter, que criam esta espécie de “cavernas” à medida que varrem o disco.”

Surpreendentemente, estas observações foram feitas usando apenas um décimo do atual poder resolvente do ALMA, já que foram executadas quando metade da rede se encontrava ainda em construção no Planalto do Chajnantor, no norte do Chile.

Estudos adicionais são agora necessários para determinar se os discos mais tradicionais também apontam para este cenário de planetas que limpam o disco, embora outras observações já obtidas com o ALMA tenham também entretanto dado aos astrónomos novas pistas sobre o complexo processo de formação planetária.

“Todos os discos transitórios estudados até agora que apresentam estas enormes cavidades na poeira, possuem também cavidades no gás. Por isso, com o ALMA podemos agora descobrir onde e quando é que planetas gigantes se estão a formar nestes discos e comparar estes resultados com os modelos de formação planetária,” diz Ewine van Dishoeck, também da Universidade de Leiden e do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching. “Detecções planetárias diretas estão já ao alcance dos atuais instrumentos e a próxima geração de telescópios que se encontra atualmente em construção, tal como o European Extremely Large Telescope, poderá ir muito mais além. O ALMA está a dizer-nos para onde é que estes telescópios devem apontar.”

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