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dez 23

ALMA: novas evidências apontam para a existência de jovens exoplanetas em discos que envolvem estrelas recém formadas

http://www.eso.org/public/images/eso1549a/

Esta é uma concepção artística de um disco transitório em torno de uma estrela jovem. Astrônomos utilizaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para descobrir diferenças importantes entre as cavidades existentes no gás e na poeira em discos que rodeiam quatro estrelas jovens. Estas novas observações fornecem as mais claras indicações conseguidas até hoje de que exoplanetas com várias vezes a massa de Júpiter se formaram recentemente nestes discos. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Kornmesser

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), astrônomos obtiveram as mais claras indicações conseguidas até hoje de que exoplanetas 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 exoplanetas.

Existem exoplanetas em órbita de quase todas as estrelas, no entanto os astrônomos 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 exoplanetas. Como estes discos são pequenos e encontram-se muito distantes da Terra, foi necessário utilizar o complexo de radiotelescópios do 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 à sua volta [1]. Alternativamente, exoplanetas jovens massivos em processo de formação poderão também ter limpo o material à medida que orbitam a estrela [2].

http://www.eso.org/public/images/eso1549b/

Astrônomos utilizaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para descobrir diferenças importantes entre as cavidades existentes no gás e na poeira em discos que rodeiam quatro estrelas jovens. Estas novas observações fornecem as mais claras indicações conseguidas até hoje de que exoplanetas com várias vezes a massa de Júpiter se formaram recentemente nestes discos. Este diagrama mostra como é que a poeira (em castanho) e o gás (em azul) se distribuem em torno da estrela e como é que um exoplaneta jovem limpa a cavidade central. Créditos: ESO/M. Kornmesser

A sensibilidade sem paralelo e a nitidez de imagem do ALMA permitiram a uma equipe de astrônomos, 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 [3]. Este estudo permitiu à equipe 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 [4]. No entanto, e para surpresa da equipe, o gás possui também ele uma cavidade, embora esta seja até cerca de três vezes menor que a da poeira.

Este resultado só pode ser explicado pelo cenário de exoplanetas massivos recém formados que limpam o gás à medida que viajam nas suas órbitas, mas que capturam as partículas de poeira mais longe [5].

Nienke van der Marel explicou:

Observações anteriores apontavam já para a presença de gás no interior dos espaços vazios de poeira. 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 exoplanetas 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 de resolução do ALMA, já que foram executadas quando metade da rede se encontrava ainda em construção no Planalto do Chajnantor, no norte do Chile.

http://www.eso.org/public/images/eso1549c/

Imagem ALMA do disco transitório da estrela HD 135344B.Esta imagem combina uma vista da poeira situada em torno da jovem estrela HD 135344B (em laranja) com uma imagem do material gasoso (em azul). O buraco menor no no gás interno indica a presença de um jovem exoplaneta limpando o disco. Créditos: ALMA (ESO/NOAJ/NRAO)

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

Ewine van Dishoeck, também da Universidade de Leiden e do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching, afirmou:

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 exoplanetas gigantes estão se formando nestes discos e comparar estes resultados com os modelos de formação planetária [6]. 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 nos dizer para onde é que estes telescópios devem apontar.

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “Resolved gas cavities in transitional disks inferred from CO isotopologs with ALMA”, de N. van der Marel, et al., publicado em dezembro de 2015 em Astronomy & Astrophysics.

http://www.eso.org/public/images/eso1549d/

Imagem ALMA do disco transitório da estrela DoAr 44. Esta imagem combina uma vista da poeira situada em torno da jovem estrela DoAr 44 (em laranja) com uma imagem do material gasoso (em azul). O buraco mais pequeno no gás interno indica a presença de um jovem exoplaneta limpando o disco. Créditos: ALMA (ESO/NOAJ/NRAO)

Notas

[1] Este processo, que limpa a poeira e o gás de dentro para fora, é conhecido por foto-evaporação.

[2] Tais exoplanetas são difíceis de observar de forma direta (eso1310) e estudos anteriores nos comprimentos de onda do milímetro (eso1325) não conseguiram mostrar uma vista detalhada do seu interior, i.e da região onde os exoplanetas estão se formando, e onde estas diferentes hipóteses poderiam ser testadas. Outros estudos (eso0827) não conseguiram medir a quantidade de gás nestes discos.

[3] Os quatro alvos estudados neste trabalho foram: SR 21HD 135344B (também conhecido por SAO 206462), DoAr 44 e Oph IRS 48.

[4] O gás presente nos discos transitórios é essencialmente constituído por hidrogênio, sendo este traçado através de observações da molécula de monóxido de carbono — CO.

[5] Este processo de captura da poeira foi explicado numa nota de imprensa anterior (eso1325).

[6] Outros exemplos incluem os discos transitórios da HD 142527 (eso1301 e neste link) e da J1604-2130.

Fonte

ESO: eso1549 — ALMA Reveals Planetary Construction Sites – New evidence for young planets in discs around young stars

._._.

1511.07149v2-Resolved-gas-cavities-in-transitional-disks-inferred-from-CO-isotopologs-with-ALMA

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