Descoberto um disco circum-planetário, “formador de luas”, em torno de jovem planeta

CIÊNCIA

Imagem ALMA da poeira em PDS 70, um sistema localizado a aproximadamente 370 anos-luz da Terra. Duas manchas ténues na região interior do disco estão associadas com planetas recém-formados. Uma dessas concentrações de poeira é um disco circum-planetário, o primeiro já detectado em torno de uma estrela distante.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella

Recorrendo ao ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos fizeram as primeiras observações de um disco circum-planetário, a cintura planetária de poeira e gás que os astrónomos fortemente teorizam controlar a formação de planetas e que dá origem a todo um sistema de luas, como o encontrado em redor de Júpiter.

Este jovem sistema estelar, PDS 70, está localizado a aproximadamente 370 anos-luz da Terra. Recentemente, os astrónomos confirmaram a presença de dois planetas massivos, semelhantes a Júpiter, em órbita da estrela. Esta descoberta foi feita com o VLT (Very Large Telescope) do ESO, que detectou o brilho quente naturalmente emitido pelo hidrogénio gasoso que se acumula nos planetas.

As novas observações do ALMA, ao invés, mostram as fracas ondas de rádio emitidas pelas partículas minúsculas (com cerca de um-décimo de milímetro) de poeira em redor da estrela.

Os dados do ALMA, combinados com as observações anteriores do VLT no óptico e no infravermelho, fornecem evidências convincentes de que um disco empoeirado capaz de formar múltiplas luas rodeia o planeta mais exterior conhecido do sistema.

“Pela primeira vez, podemos ver conclusivamente os sinais reveladores de um disco circum-planetário, que ajuda a suportar muitas das actuais teorias de formação planetária,” disse Andrea Isella, astrónomo da Universidade Rice em Houston, no estado norte-americano do Texas, autor principal de um artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

“Ao compararmos as nossas observações com imagens infravermelhas e ópticas de alta-resolução, podemos ver que uma concentração de minúsculas partículas de poeira, de outro modo enigmática, é um disco planetário de poeira, o primeiro do seu género já observado conclusivamente,” disse. De acordo com os investigadores, esta é a primeira vez que um planeta é visto nestas três bandas distintas de luz (visível, infravermelho e rádio).

Ao contrário dos gelados anéis de Saturno, que provavelmente se formaram pela colisão de cometas e corpos rochosos há relativamente pouco tempo na história do nosso Sistema Solar, o disco circum-planetário é o remanescente do processo de formação do planeta.

Os dados do ALMA também revelaram duas diferenças distintas entre os dois planetas recém-descobertos. O mais próximo dos dois, PDS 70 b, que está mais ou menos à mesma distância da sua estrela do que Úrano do Sol, tem uma massa de poeira atrás dele, lembrando uma cauda. “O que isto é, e o que significa para este sistema planetário, ainda não é conhecido,” disse Isella. “A única coisa conclusiva que podemos dizer é que está longe o suficiente do planeta para ser uma característica independente.”

O segundo planeta, PDS 70 c, reside no mesmo local que um nó claro de poeira visto nos dados do ALMA. Dado que este planeta brilha tão intensamente nas bandas do infravermelho e do hidrogénio, os astrónomos podem dizer de maneira convincente que um planeta totalmente formado já está em órbita e que o gás próximo continua a ser sugado para a superfície do planeta, terminando o seu surto de crescimento adolescente.

Este planeta exterior está localizado a mais ou menos 5,3 mil milhões de quilómetros da estrela hospedeira, aproximadamente à mesma distância que Neptuno está do Sol. Os astrónomos estimam que este planeta tenha entre 1 e 10 vezes a massa de Júpiter. “Se o planeta estiver do lado mais massivo dessa estimativa, é bem possível que existam luas do tamanho de um planeta formando-se em redor,” observou Isella.

Os dados do ALMA também acrescentam outro elemento importante a estas observações.

Os estudos ópticos de sistemas planetários são notoriamente complexos. Dado que a estrela é muito mais brilhante do que os planetas, é difícil filtrar o brilho, tal como tentar avistar um pirilampo ao lado de um holofote. No entanto, as observações do ALMA não têm essa limitação, já que as estrelas emitem comparativamente pouca luz em comprimentos de onda milimétricos e submilimétricos.

“Isto significa que podemos voltar a este sistema a diferentes períodos e mapear com mais facilidade a órbita dos planetas e a concentração de poeira no sistema,” concluiu Isella. “Isto dar-nos-á uma visão única das propriedades orbitais dos sistemas solares nos seus primeiros estágios de desenvolvimento.”

Astronomia On-line
16 de Julho de 2019

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2134: Dois planetas observados directamente a crescer em torno de uma jovem estrela

Impressão de artista que mostra os dois exoplanetas gigantes em órbita da jovem estrela PDS 70. Estes planetas ainda estão a crescer através da acreção de material a partir de um disco circundante. No processo, esculpiram gravitacionalmente uma grande divisão no disco. A lacuna estende-se a distâncias equivalentes à distância das órbitas de Úrano e Neptuno no nosso Sistema Solar.
Crédito: J. Olmsted (STScI)

Os astrónomos fotografaram directamente dois exoplanetas que esculpem, gravitacionalmente, uma grande divisão dentro de um disco de formação planetária em redor de uma jovem estrela. Embora já tenham sido observados directamente mais de uma dúzia de exoplanetas, este é apenas o segundo sistema multi-planetário a ser fotografado (o primeiro foi um sistema com quatro planetas em órbita da estrela HR 8799). Ao contrário de HR 8799, os planetas neste sistema ainda estão a crescer a partir da acreção de material do disco.

“Esta é a primeira detecção inequívoca de um sistema com dois planetas que criam uma lacuna no disco,” comenta Julien Girard do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland.

A estrela hospedeira, conhecida como PDS 70, está localizada a cerca de 370 anos-luz da Terra. A jovem estrela com 6 milhões de anos é um pouco mais pequena e menos massiva que o nosso Sol e ainda está a acumular gás. É rodeada por um disco de gás e poeira que tem uma grande abertura que se estende de mais ou menos 3 a 6,1 mil milhões de quilómetros.

PDS 70 b, o planeta mais interior conhecido, está localizado dentro da divisão do disco a uma distância de aproximadamente 3,2 mil milhões de quilómetros da sua estrela, equivalente à órbita de Úrano no nosso Sistema Solar. A equipa estima que tenha uma massa 4 a 17 vezes superior à de Júpiter. Foi detectado pela primeira vez em 2018.

PDS 70 c, o planeta recém-descoberto, está localizado perto da orla externa da lacuna do disco, a cerca de 5,3 mil milhões de quilómetros da estrela, parecida à distância de Neptuno ao Sol. É menos massivo do que o planeta b, entre uma e dez vezes a massa de Júpiter. As duas órbitas planetárias estão perto de uma ressonância de 2 para 1, o que significa que o planeta interior orbita a estrela duas vezes no tempo que leva o planeta mais exterior a completar uma órbita.

A descoberta destes dois mundos é importante porque fornece evidências directas de que a formação de planetas pode varrer material suficiente de um disco proto-planetário para criar uma lacuna observável.

“Com instalações como o ALMA, Hubble ou grandes telescópios ópticos terrestres com ópticas adaptativas, vemos discos com anéis e lacunas por toda a parte. A questão ainda em aberto é: existem aí planetas? Neste caso, a resposta é sim,” explicou Girard.

A equipa detectou PDS 70 c a partir do solo, usando o espectrógrafo MUSE acoplado ao VLT (Very Large Telescope) do ESO. A sua nova técnica depende da combinação da alta resolução espacial fornecida pelo telescópio de metros, equipado com quatro lasers, e da resolução espectral média do instrumento que permite cingir-se à luz emitida pelo hidrogénio, que é um sinal de acreção de gás.

“Este novo modo de observação foi desenvolvido para estudar galáxias e enxames estelares a uma maior resolução espacial. Mas este novo modo também é adequado para fotografar exoplanetas, que não foi de todo o objectivo principal científico do instrumento MUSE,” explicou Sebastiaan Haffert do Observatório de Leiden, autor principal do estudo.

“Ficámos muito surpresos quando encontrámos o segundo planeta,” comentou Haffert.

No futuro, o Telescópio Espacial James Webb da NASA poderá ser capaz de estudar este sistema e outros berçários planetários usando uma técnica espectral similar para se restringir a vários comprimentos de onda do hidrogénio. Isto permitirá que os cientistas possam medir a temperatura e a densidade do gás no disco, o que ajudaria a nossa compreensão do crescimento dos planetas gigantes. O sistema também pode ser alvo da missão WFIRST, que transportará uma demonstração tecnológica de um coronógrafo de alto desempenho que pode bloquear a luz da estrela a fim de revelar a luz mais fraca do disco circundante e dos planetas que o acompanham.

Estes resultados foram publicados na edição de 3 de Junho da revista Nature.

Astronomia On-line
7 de Junho de 2019



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729: Astrónomos captam a primeira imagem do nascimento de um planeta

ESO / A. Müller et al.
Primeira imagem nítida de um planeta a formar-se em torno da estrela anã PDS 70

Astrónomos capturaram, pela primeira vez, uma imagem de um planeta a formar-se no disco de poeira que envolve a sua estrela, uma anã-laranja a 370 anos-luz da Terra.

Astrónomos liderados por um grupo do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, capturaram a primeira imagem confirmada de um planeta a formar-se no disco poeirento que rodeia uma estrela jovem – a anã PDS 70.

Com a ajuda do SPHERE montado no VLT (Very Large Telescope) do ESO – um dos instrumentos caçadores de planetas mais poderosos que existem – a equipa fez a primeira detecção de um jovem planeta, chamado PDS 70b, que se encontra a abrir caminho através do material que rodeia a jovem estrela.

Através do SPHERE, a equipa conseguiu medir também o brilho do planeta em diversos comprimentos de onda, o que permitiu que fossem deduzidas propriedades da sua atmosfera.

O planeta localiza-se a aproximadamente a três mil milhões de km de distância da estrela central, o que equivale mais ou menos à distância entre Úrano e o Sol.

A análise mostra que PDS 70b é um planeta gigante gasoso com várias vezes a massa de Júpiter. A superfície do planeta tem uma temperatura de cerca de 1000º C, o que o torna muito mais quente do que qualquer planeta do nosso Sistema Solar.

O círculo escuro que aparece no centro da imagem deve-se à utilização de um coronógrafo, uma máscara que bloqueia a luz ofuscante da estrela central e permite aos astrónomos detectar os seus muito mais ténues disco e companheiro planetário. Sem esta máscara, a fraca luz emitida pelo planeta desapareceria completamente no intenso brilho de PDS 70.

“Estes discos situados em torno de estrelas jovens são os locais de nascimento dos planetas, mas até agora apenas algumas observações tinham conseguido detectar pistas que apontavam para a existência de planetas bebés no seu seio,” explica Miriam Keppler, que liderou a equipa.

“O problema é que, até agora, a maioria destes candidatos a planetas poderia ser apenas estruturas no disco”, refere ainda.

Esta descoberta já motivou uma investigação subsequente. Uma segunda equipa fez, nos últimos meses, observações de seguimento com o intuito de investigar a jovem companheira planetária de PDS 70 com mais detalhe.

Esta equipa não só obteve a imagem muito nítida do planeta que aqui se mostra, como também conseguiu obter um espectro deste objecto. A análise do espectro aponta para a existência de nuvens na atmosfera do planeta.

A companheira planetária de PDS 70 esculpiu um disco de transição – um disco protoplanetário com um “buraco” gigante no centro. Conhecem-se estes buracos interiores há várias décadas e foi sugerido que seriam produzidos pela interacção entre o disco e o planeta. Agora estamos a ver o planeta pela primeira vez.

“Os resultados de Keppler abrem-nos uma nova janela para as primeiras fases da complexa evolução planetária, ainda tão mal compreendida,” comenta André Müller, líder da segunda equipa que investigou o jovem planeta.

“Precisávamos de observar um planeta no disco de uma estrela jovem para compreendermos realmente os processos por detrás da formação planetária.” Ao determinar as propriedades físicas e atmosféricas do planeta, os astrónomos podem testar modelos teóricos de formação planetária.

Thomas Henning, director do Instituto Max Planck de Astronomia e líder das equipas, sumariza esta aventura científica: “Após mais de uma década de enormes esforços para construir esta máquina de alta tecnologia, o SPHERE permite-nos agora colher os frutos deste trabalho, presentando-nos com a descoberta de planetas bebés!”

ZAP // HypeScience / CCVAlg

Por ZAP
4 Julho, 2018

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