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jun 01

YLW 16B: Ecos de luz dão informações sobre disco protoplanetário

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Esta ilustração mostra uma estrela rodeada por um disco protoplanetário. O material do disco espesso percorre as linhas do campo magnético da estrela e é depositado em sua superfície. Quando o material atinge a estrela, ela aumenta seu brilho. Créditos: NASA/JPL-Caltech

Imagine que você quer medir o tamanho de um quarto, mas está completamente no escuro. No entanto, se você gritar, conseguirá discernir se o espaço é relativamente grande ou pequeno, dependendo de quanto tempo leva para ouvir o eco de sua voz depois de retornar das paredes.

Os astrônomos usam este princípio para estudar objetos tão distantes que são visíveis apenas como meros pontos. Em particular, os pesquisadores estão interessados em calcular quão longe as estrelas jovens estão dos limites internos dos discos protoplanetários circundantes. Os discos protoplanetários de gás e poeira são os locais onde os exoplanetas nascem ao longo de milhões de anos, no início da formação dos sistemas estelares.

Huan Meng, membro associado de pesquisa de pós-doutorado na Universidade do Arizona, em Tucson, EUA, explicou:

O entendimento dos discos protoplanetários nos ajuda a compreender alguns dos mistérios dos exoplanetas, os planetas em sistemas fora do nosso. Nós queremos saber como é que os exoplanetas se formam e porque é que encontramos exoplanetas gigantes conhecidos pelo nome de’Júpiter quente’, pois orbitam muito perto das suas estrelas.

Huan Meng é o autor líder de um novo estudo publicado no The Astrophyical Journal usando dados do Telescópio Espacial Spitzer da NASA e dados de quatro telescópios terrestres para determinar a distância entre uma estrela e a orla interior do seu disco protoplanetário circundante.

A medição não foi tão simples quanto colocar uma régua em cima de uma fotografia. Para comparação, seria tão impossível quanto usar uma foto de satélite da tela do seu computador para medir a largura do ponto final desta frase.

Ao invés disso, os cientistas usaram a técnica chamada de “foto-reverberação”, também conhecida como “ecos de luz“. Quando a estrela central aumenta de brilho, alguma desta luz atinge o disco em redor, provocando um “eco” atrasado. Os cientistas mediram o tempo que demorou para a luz da estrela chegar à Terra e, em seguida, esperaram que o seu eco chegasse até nós.

Conforme explicado pela teoria da relatividade restrita de Albert Einstein, sabemos que a luz viaja a uma velocidade constante. Para determinar uma certa distância, os astrônomos podem multiplicar a velocidade da luz pelo tempo que esta demora a percorrer de um ponto para outro.

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Os astrônomos podem usar os ecos de luz para medir a distância entre uma estrela e o disco protoplanetário ao redor. Este diagrama ilustra como o desfasamento de tempo (time delay = 1 minuto) do eco de luz é proporcional à distância entre a estrela e a orla interior do disco. Créditos: NASA/JPL-Caltech

Para tirar partido desta fórmula, os cientistas precisavam encontrar uma estrela com uma emissão variável, ou seja, uma estrela que emite radiação de forma imprevisível ou irregular. O nosso Sol tem uma emissão relativamente estável, mas uma estrela variável tem mudanças detectáveis e únicas na radiação que podem ser usadas para obter os correspondentes ecos de luz. Em geral, as estrelas jovens que possuem emissão variável são as melhores candidatas.

A estrela utilizada neste estudo foi a YLW 16B, situada a cerca de 400 anos-luz da Terra. YLW 16B tem aproximadamente a mesma massa que o nosso Sol, mas, com apenas um milhão de anos de idade, é um bebé em comparação com os 4,6 bilhões de anos da nossa estrela progenitora.

Os astrônomos combinaram dados do Spitzer com observações de telescópios terrestres: o telescópio Mayall do Observatório Nacional Kitt Peak no Arizona; os telescópios SOAR e SMARTS no Chile, além do telescópio Harold L. Johnson no México. Durante duas noites de observação, os pesquisadores viram desfasamentos consistentes entre as emissões estelares e os seus ecos no disco em redor. As observações terrestres detectaram a radiação infravermelha de comprimento de onda curto emitida diretamente pela estrela, e o Spitzer observou a radiação infravermelha de maior comprimento de onda do eco no disco. Por causa das espessas nuvens interestelares que bloqueiam a vista da Terra, os astrônomos não puderam usar radiação visível para estudar a estrela.

Os cientistas calcularam então a distância que esta luz deve ter percorrido durante o desfasamento de tempo: cerca de 0,08 unidades astronômicas, ou seja, aproximadamente 8% da distância entre a Terra e o Sol, ou 25% do diâmetro da órbita de Mercúrio. Este valor é ligeiramente inferior às estimativas anteriores com técnicas indiretas, mas consistente com as expectativas teóricas.

Embora este método não consiga medir diretamente a altura do disco, os pesquisadores foram capazes de determinar que a orla interior é relativamente espessa.

Previamente, os astrônomos usaram a técnica de eco de luz para medir o tamanho de discos de acreção de material em torno de buracos negros supermassivos. Considerando que nem a luz escapa a um buraco negro, os pesquisadores comparam a luz da margem interior do disco de acreção com a luz da orla exterior para determinar o tamanho do disco. Esta técnica é também usada para medir a distância até outras características perto do disco de acreção, tal como a poeira e o gás em alta velocidade circundante.

Enquanto os ecos de luz dos buracos negros supermassivos representam desfasamentos de dias a semanas, os cientistas detectaram que o eco de luz no disco protoplanetário deste estudo foi de somente 74 segundos.

O estudo através do observatório espacial de infravermelho Spitzer marca a primeira vez que o método de eco de luz foi usado no contexto de discos protoplanetários.

Peter Plavchan, coautor do estudo, professor assistente da Universidade Estatal do Missouri em Springfield, EUA, concluiu:

Esta nova abordagem pode ser usada para outras estrelas jovens com exoplanetas no processo de formação no disco em redor.

Fonte

NASA: Light Echoes Give Clues to Protoplanetary Disk

Artigo Científico

Photo-reverberation Mapping of a Protoplanetary Accretion Disk around a T Tauri Star

._._.

1603.06000v1-Photo-reverberation-Mapping-of-a-Protoplanetary-Accretion-Disk-around-a-T-Tauri-Star

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