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ago 01

Astrônomos do ESO usam o ALMA para mapear a “linha de neve” em TW Hydrae

http://www.eso.org/public/images/eso1333a/

Concepção artística da linha de neve em torno da estrela TW Hydrae, que mostra gelo de água cobrindo grãos de poeira no disco interior (4,5 a 30 unidades astronômicas, em azul) e gelo de monóxido de carbono cobrindo grãos no disco exterior (a mais de 30 unidades astronômicas, em verde). A transição de azul para verde marca a linha de neve do monóxido de carbono. As linhas de neve ajudam os grãos de poeira a aderirem uns aos outros, ao darem-lhes uma cobertura pegajosa, o que é essencial à formação de planetas e cometas. Pelo fato dos diferentes compostos químicos terem diferentes pontos de congelamento, as respectivas linhas de neve encontram-se a distâncias diferentes da estrela. Créditos: B. Saxton & A. Angelich/NRAO/AUI/NSF/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Astrônomos conseguiram obter a imagem inédita de uma linha de neve num sistema planetário recém-nascido. A linha de neve, situada no disco que rodeia a estrela do tipo solar TW Hydrae, promete ensinar-nos mais sobre a formação de planetas e cometas, incluindo os fatores que determinam a sua composição e consequentemente sobre a história do nosso próprio Sistema Solar.

Utilizando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipe internacional de astrônomos obteve a primeira imagem da linha de neve num sistema planetário recém-nascido. Para comparação do conceito, na Terra, as linhas de neve formam-se a altitudes elevadas, onde as temperaturas baixas transformam a umidade do ar em neve. Esta linha é claramente visível numa montanha, no local onde o pico coberto de neve termina e a face rochosa descoberta começa.

As linhas de neve em torno das estrelas jovens formam-se de maneira semelhante, nas regiões distantes e frias dos discos de poeira, a partir dos quais se formam os sistemas planetários. Partindo da estrela em direção ao exterior, a água (H2O), é a primeira a congelar, formando a primeira linha de neve. Mais longe da estrela, à medida que as temperaturas descem, as moléculas mais exóticas podem congelar e transformar-se em neve, tais como o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4) e o monóxido de carbono (CO). Estes diferentes tipos de neve dão aos grãos de poeira uma camada exterior pegajosa e desempenham um papel importante, ajudando os grãos a ultrapassarem a sua tendência natural para se quebrarem por meio de colisões, e permitindo-lhes tornarem-se os blocos constituintes cruciais de planetas e cometas. A neve também aumenta a quantidade de matéria sólida disponível, podendo fazer acelerar drasticamente o processo de formação planetária.

As diferentes linhas de neve (água, dióxido de carbono, metano e monóxido de carbono) podem estar ligadas à formação de tipos particulares de planetas [1]. Em torno de uma estrela do tipo solar, em um sistema planetário como o nosso, a linha de neve da água corresponde à distância entre as órbitas de Marte e Júpiter [2], e a linha de neve do monóxido de carbono corresponderia à órbita de Netuno.

http://www.eso.org/public/images/eso1333c/

Esta imagem, obtida com o observatório ALMA, no Chile, mostra a região (a verde) onde a neve de monóxido de carbono se formou em torno da estrela TW Hydrae (assinalada no centro). A circunferência azul representa o local onde estaria a órbita de Neptuno, se comparássemos o tamanho deste sistema ao tamanho do Sistema Solar. A transição para o gelo de monóxido de carbono poderá também assinalar a fronteira interior da região onde corpos gelados mais pequenos se poderão formar, tais como cometas e planetas anões (do tipo de Plutão e Éris). Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

A linha de neve descoberta pelo ALMA é o primeiro indício que temos da linha de neve de monóxido de carbono em torno de TW Hydrae, uma estrela jovem situada a 175 anos-luz de distância da Terra. Os astrônomos acreditam que este sistema planetário em formação partilha muitas das características do nosso Sistema Solar, quando este tinha apenas alguns milhões de anos de idade.

Chunhua “Charlie” Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EUA), um dos autores principais do artigo científico, disse:

O ALMA deu-nos a primeira imagem real de uma linha de neve em torno de uma estrela jovem, o que é tremendamente excitante, pelo que podemos aprender sobre o período inicial da história do nosso Sistema Solar. Conseguimos observar detalhes escondidos anteriormente, sobre as regiões geladas de outro sistema planetário semelhante ao nosso.

A presença da linha de neve do monóxido de carbono pode ter também consequências mais importantes do que apenas a formação de planetas. O gelo de monóxido de carbono é necessário à formação de metanol, que é um dos blocos constituintes das moléculas orgânicas mais complexas essenciais à vida. Se os cometas levarem estas moléculas a planetas recém formados, do tipo da Terra, estes planetas poderiam também ficar equipados com os ingredientes necessários à vida.

Até hoje, nunca se tinham obtido imagens diretas de linhas de neve, já que estas linhas se formam sempre no plano central relativamente estreito do disco protoplanetário e por isso, tanto a sua localização precisa como a sua extensão nunca tinham sido determinadas. Acima e abaixo da região estreita onde as linhas de neve existem, a radiação da estrela impede a formação de gelo. A concentração de gás e poeira no plano central é indispensável para isolar a área da radiação estelar, de modo a que o monóxido de carbono e outros gases possam arrefecer e congelar nesta zona.

A equipe de astrônomos conseguiu espreitar para o interior deste disco, onde a neve se formou, utilizando um truque. Em vez de procurarem a neve – que não pode ser observada diretamente – procuraram uma molécula chamada diazenylium (N2H+), a qual brilha intensamente na região do milímetro do espectro eletromagnético e é por isso um alvo perfeito para um telescópio como o ALMA. Esta molécula frágil é facilmente destruída na presença de monóxido de carbono gasoso, por isso só aparecerá em quantidades susceptíveis de serem detectadas em regiões onde o monóxido de carbono se transformou em neve, não podendo por isso destruir a molécula. Ou seja, de uma maneira geral, a chave para encontrar a neve de monóxido de carbono consiste em encontrar o diazenylium.

A sensibilidade e resolução únicas do ALMA permitiram aos astrônomos detectar a presença e traçar a distribuição de diazenylium, e com isso encontrar uma fronteira claramente definida a cerca de 30 unidades astronômicas da estrela (30 vezes a distância entre a Terra e o Sol), o que dá, efetivamente, uma imagem contrária da neve de monóxido de carbono no disco que rodeia TW Hydrae, que pode ser usada para ver a linha de neve do monóxido de carbono precisamente onde a teoria prevê que deva estar – na zona interior do anel de diazenylium.

Michiel Hogerheijde do Observatório de Leiden, Holanda, concluiu:

Nestas observações usamos apenas 26 das antenas ALMA, que serão um total de 66. Indicações de linhas de neve em torno de outras estrelas começam já a aparecer noutras observações ALMA e estamos convencidos que futuras observações que usarão a rede total revelarão muitas mais e fornecerão mais e mais avançadas pistas sobre a formação e evolução de planetas. Aguardemos estes resultados.

Nota

[1] Por exemplo, os planetas rochosos secos formam-se no lado interior da linha de neve da água (mais próximos da estrela), onde apenas a poeira pode existir. No outro extremo encontram-se os planetas gigantes gelados que se formam além da linha de neve do monóxido de carbono.

[2] Estima-se que a linha de neve de água no Sistema Solar esteja a 2,7 UA (unidades astronômicas) do Sol. Particularmente, Ceres, que reside a 2,77 UA, pode eventualmente ter a capacidade de abrigar gelos em sua superfície. Isso, se a estimativa estiver correta, é o que a sonda DAWN vai nos relevar quando entrar em órbita de Ceres em 06 de março de 2015.

Fonte

ESO: Snow in an Infant Planetary System – A frosty landmark for planet and comet formation

._._.

2 menções

  1. Como mini-netunos podem se transformar em super-terras habitáveis em sistemas de anãs vermelhas? » O Universo - Eternos Aprendizes

    […] mundos que migraram cedo para a zona habitável vindo originalmente das regiões mais distante, além da linha de neve. A densa atmosfera de hidrogênio/hélio, neste caso, torna-se uma forma de proteger a superfície […]

  2. Kepler-421b: David Kipping apresenta um mundo em trânsito detectado além da Linha de Neve » O Universo - Eternos Aprendizes

    […] um “Netuno Quente” é 9.000 vezes mais fácil que achar um exoplaneta tipo Netuno após a “linha de neve”, a região circunvizinha de uma estrela fria o suficiente para que grãos de gelo se formem em […]

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