3633: Astrónomos capturam imagens raras de discos de formação planetária

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Os discos proto-planetários em torno das estrelas R CrA (esquerda) e HD45677 (direita), capturadas com Interferómetro do Very Large Telescope do ESO. As órbitas foram acrescentadas para referência. A estrela serve o mesmo propósito, dado que a sua luz foi filtrada para obter uma imagem mais detalhada do disco.
Crédito: Jacques Kluska et al.

Uma equipa internacional de astrónomos capturou quinze imagens das orlas internas de discos de formação planetária localizados a centenas de anos-luz de distância. Estes discos de poeira e gás, parecidos em forma a um disco de música, formam-se em torno de estrelas jovens. As imagens lançam uma nova luz sobre como os sistemas planetários são formados. Foram publicadas na revista Astronomy & Astrophysics.

Para entender como os sistemas planetários, incluindo o nosso, tomam forma, precisamos de estudar as suas origens. Os discos de formação planetária, ou proto-planetários, são formados em uníssono com a estrela que rodeiam. Os grãos de poeira nos discos podem crescer para corpos maiores, o que acaba levando à formação de planetas. Pensa-se que os planetas rochosos como a Terra se formem nas regiões interiores dos discos proto-planetários, a menos de cinco unidades astronómicas (cinco vezes a distância Terra-Sol) da estrela em torno da qual o disco se formou.

Antes deste novo estudo já tinham sido obtidas várias imagens destes discos com os maiores telescópios individuais, mas estes não conseguem capturar os seus melhores detalhes. “Nestas fotos, as regiões mais próximas da estrela, onde os planetas rochosos se formam, cobrem apenas alguns pixeis,” diz o autor principal Jacques Kluska de KU Leuven (Universidade Católica de Leuven), Bélgica. “Precisávamos visualizar estes detalhes para poder identificar padrões que pudessem trair a formação planetária e caracterizar as propriedades dos discos.” Isto exigiu uma técnica de observação completamente diferente. “Estou emocionado por termos agora pela primeira vez quinze destas imagens,” continua Kluska.

Reconstrução de imagem

Kluska e seus colegas criaram as imagens no ESO do Chile usando uma técnica chamada interferometria infravermelha. Usando o instrumento PIONIER do ESO, combinaram a luz recolhida por quatro telescópio no VLT (Very Large Telescope) a fim de capturar os discos em detalhe. No entanto, esta técnica não fornece uma imagem da fonte observada. Os detalhes dos discos precisam de ser recuperados com uma técnica de reconstrução matemática. Esta técnica é semelhante ao modo como a primeira imagem de um buraco negro foi capturada. “Tivemos que remover a luz da estrela, pois dificultava o nível de detalhe que podíamos ver nos discos,” explica Kluska.

“Distinguir detalhes à escala das órbitas dos planetas rochosos como a Terra, ou até à de Júpiter (como se pode ver nas imagens) – uma fracção da distância Terra-Sol – é equivalente a ser capaz de ver um ser humano na Lua ou a distinguir um cabelo a uma distância de 10 km,” realça Jean-Philippe Berger da UGA (Université Grenoble Alpes) que, como investigador principal, esteve encarregue do trabalho com o instrumento PIONIER. “A interferometria infravermelha está a tornar-se rotineiramente usada para descobrir os mais pequenos detalhes dos objectos astronómicos. A combinação desta técnica com a matemática avançada finalmente permite-nos transformar os resultados destas observações em imagens.”

Irregularidades

Alguns aspectos destacam-se imediatamente nas imagens. “Podemos ver que alguns pontos são mais brilhantes ou menos brilhantes: isto sugere processos que podem levar à formação de planetas. Por exemplo: pode haver instabilidades no disco que podem levar a vórtices onde o disco acumula grãos de poeira espacial e que podem crescer e evoluir para um planeta.”

A equipa irá fazer pesquisas adicionais para identificar o que pode estar por trás destas irregularidades. Kluska também vai realizar novas observações para obter ainda mais detalhes e testemunhar directamente a formação planetária nas regiões dentro dos discos que estão mais próximas das estrelas. Adicionalmente, Kluska está a liderar uma equipa que começou a estudar 11 discos em torno de outros tipos mais antigos de estrelas, também cercadas por discos de poeira, pois pensa-se que estes também possam produzir planetas.

Astronomia On-line
5 de Maio de 2020

 

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As estranhas órbitas dos discos planetários tipo-“Tatooine”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Dois exemplos de discos proto-planetários alinhados e desalinhados em torno de estrelas binárias (discos circum-binários), observados com o ALMA. As órbitas das estrelas binárias foram acrescentadas para efeitos de claridade. Esquerda: no sistema estelar HD 98800 B, o disco está desalinhado com as estrelas do binário. As estrelas orbitam-se uma à outra (nesta imagem, na nossa direcção e na direcção contrária) em 315 dias. Direita: no sistema estelar AK Sco, o disco está em linha com a órbita das suas estrelas binárias. As estrelas orbitam-se uma à outra a cada 13,6 dias.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. Czekala e G. Kennedy; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos descobriram geometrias orbitais impressionantes em discos proto-planetários que rodeiam estrelas binárias. Embora os discos que orbitem os sistemas estelares duplos mais compactos partilhem quase o mesmo plano, os discos em torno de binários largos têm planos orbitais muito inclinados. Estes sistemas podem ensinar-nos mais sobre a formação planetária em ambientes complexos.

Ao longo das últimas duas décadas têm sido encontrados milhares de planetas em órbita de outras estrelas além do Sol. Alguns destes planetas orbitam duas estrelas, tal como o lar de Luke Skywalker, Tatooine (da saga “Star Wars”). Os planetas nascem em discos proto-planetários – temos agora observações maravilhosas destes discos graças ao ALMA – mas a maioria dos discos estudados até agora encontram-se em estrelas singulares. Os exoplanetas tipo-“Tatooine” formam-se em discos que rodeiam estrelas duplas, os chamados discos circum-binários.

O estudo dos locais de nascimento dos planetas “Tatooine” fornece uma oportunidade única de aprender como os planetas se formam em ambientes diferentes. Os astrónomos já sabem que as órbitas das estrelas binárias podem distorcer e inclinar o disco em seu redor, resultando num disco circum-binário desalinhado em relação ao plano orbital das suas estrelas hospedeiras. Por exemplo, num estudo de 2019 liderado por Grant Kennedy da Universidade de Warwick, no Reino Unido, o ALMA encontrou um disco circum-binário impressionante numa configuração polar.

“Com o nosso estudo, queríamos aprender mais sobre as geometrias típicas dos discos circum-binários,” disse o astrónomo Ian Czekala da Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA. Czekala e a sua equipa usaram dados do ALMA para determinar o grau de alinhamento de dezanove discos proto-planetários em torno de estrelas binárias. “Os dados de alta resolução do ALMA foram críticos para o estudo de alguns dos mais pequenos e ténues discos circum-binários vistos até à data,” disse Czekala.

Os astrónomos compararam os dados do ALMA dos discos circum-binários com a dúzia de planetas tipo-“Tatooine” encontrados pelo telescópio espacial Kepler. Para sua surpresa, a equipa descobriu que o grau de desalinhamento entre as estrelas duplas e os seus discos circum-binários dependem fortemente do período orbital das estrelas hospedeiras. Quanto menor o período orbital da estrela binária, maior a probabilidade de hospedar um disco alinhado com a sua órbita. No entanto, os binários com períodos superiores a um mês geralmente hospedam discos desalinhados.

“Nós vemos uma clara sobreposição entre os discos pequenos, em órbita de binários compactos, e os planetas circum-binários encontrados com a missão Kepler,” disse Czekala. Dado que a missão primária do Kepler durou 4 anos, os astrónomos conseguiram descobrir planetas em torno de estrelas duplas que se orbitam uma à outra em menos de 40 dias. E todos estes planetas estavam alinhados com as suas órbitas estelares. Um mistério persistente era se haveriam muito planetas desalinhados que o Kepler teria dificuldade em encontrar. “Com o nosso estudo, sabemos agora que provavelmente não há uma grande população de planetas desalinhados que o Kepler falhou em descobrir, uma vez que os discos circum-binários em torno de binários compactos estão tipicamente alinhados com os seus hospedeiros estelares,” acrescentou Czekala.

Ainda assim, com base nesta descoberta, os astrónomos concluem que devem existir por aí planetas desalinhados em torno de estrelas duplas e que será uma população excitante de procurar com outros métodos de caça exoplanetária, como imagem directa e micro-lente (a missão Kepler da NASA usou o método de trânsito, que é uma das maneiras de encontrar um planeta).

Czekala agora quer descobrir por que razão existe uma correlação tão forte entre o (des)alinhamento do disco e o período orbital da estrela dupla. “Queremos usar as instalações existentes e futuras, como o ALMA e o VLA (Very Large Array) de próxima geração para estudar estruturas de disco em níveis requintados de precisão,” disse, “e tentar entender como os discos deformados ou inclinados afectam o ambiente de formação planetária e como isto pode influenciar a população de planetas que se formam dentro destes discos.”

“Esta investigação é um óptimo exemplo de como novas descobertas se baseiam em observações anteriores,” disse Joe Pesce, oficial da NSF (National Science Foundation) para o NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e para o ALMA. “O discernimento das tendências na população de discos circum-binários só foi possível com base nos programas observacionais de arquivo realizados pela comunidade do ALMA em ciclos anteriores.”

Astronomia On-line
24 de Março de 2020

 

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