Os astrônomos já catalogaram quase 4.000 exoplanetas em órbita de estrelas distantes.
© ALMA/S. Andrews (imagens de alta resolução de discos protoplanetários próximos)
Embora já tenhamos aprendido muito sobre estes mundos recém-descobertos, ainda há muito que não sabemos sobre os passos da formação planetária e as "receitas" cósmicas precisas que produzem a ampla gama de corpos planetários já descobertos, incluindo os chamados Júpiteres quentes, os mundos rochosos massivos, os planetas anões gelados e - esperamos algum dia em breve - análogos distantes da Terra.
Para ajudar a responder a estas e a outras questões intrigantes sobre o nascimento dos planetas, uma equipe de astrônomos usou o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para realizar uma das mais profundas investigações sobre discos protoplanetários, os cinturões de poeira formadoras de planetas em torno de estrelas jovens.
Conhecido como DSHARP (Disk Substructures at High Angular Resolution Project), este grande programa do ALMA produziu imagens impressionantes e de alta resolução de 20 discos protoplanetários próximos e forneceu novas informações sobre a variedade de características que contêm e sobre a velocidade com que os planetas podem emergir.
De acordo com os cientistas, a interpretação mais convincente destas observações é que os planetas grandes, provavelmente parecidos em tamanho e composição com Netuno ou Saturno, formam-se rapidamente, muito mais depressa do que a teoria atual indicaria. Também tendem a formar-se nos limites externos dos seus sistemas, a distâncias tremendas das suas estrelas hospedeiras.
Esta formação precoce também poderá ajudar a explicar como os mundos rochosos, do tamanho da Terra, são capazes de evoluir e crescer, sobrevivendo à sua suposta adolescência autodestrutiva.
Os modelos principais para a formação de planetas sustentam que estes nascem através da acumulação gradual de poeira e gás no interior de um disco protoplanetário, começando com grãos de poeira que coalescem para formar rochas cada vez maiores, até que surgem asteroides, planetesimais e planetas. Este processo hierárquico deve levar muitos milhões de anos, sugerindo que o seu impacto nos discos protoplanetários seria mais predominante em sistemas mais antigos e maduros. A evidência crescente, no entanto, indica que nem sempre é o caso.
As primeiras observações de discos protoplanetários jovens, pelo ALMA, alguns com apenas um milhão de anos, revelam estruturas surpreendentes, incluindo anéis e lacunas proeminentes, que parecem ser as marcas dos planetas. Os astrônomos inicialmente estavam cautelosos ao atribuir estas características às ações dos planetas, já que outros processos naturais podiam também estar em jogo.
No entanto, dado que o conjunto de amostras era muito pequeno, era impossível tirar conclusões abrangentes. Os astrônomos podiam estar observando sistemas atípicos. Foram necessárias mais observações de uma variedade de discos protoplanetários para determinar a causa mais provável das características que estavam sendo vistas.
A campanha DSHARP foi projetada para fazer precisamente isso, estudando a distribuição a relativamente pequena escala das partículas de poeira em torno de 20 discos protoplanetários próximos. Estas partículas de poeira brilham naturalmente em comprimentos de onda milimétricos, permitindo que o ALMA mapeie com precisão a distribuição de densidade de partículas pequenas e sólidas ao redor de estrelas jovens.
Os pesquisadores descobriram que muitas subestruturas - divisões concêntricas, anéis estreitos - são comuns a quase todos os discos, enquanto padrões espirais de grande escala e características semelhantes a arcos também estão presentes em alguns dos casos. Além disso, os discos e lacunas estão presentes numa ampla variedade de distâncias das suas estrelas hospedeiras, desde algumas UA (Unidades Astronômicas) até mais de 100 UA, mais do que três vezes a distância de Netuno ao Sol.
Estas características, que podem ser indícios de planetas grandes, podem explicar como os planetas rochosos semelhantes à Terra são capazes de se formar e crescer. Durante décadas, os astrônomos depararam-se com um grande obstáculo na teoria da formação planetária: assim que os planetesimais crescem até um certo tamanho - cerca de um quilômetro em diâmetro - a dinâmica de um disco protoplanetário regular os induziria a cair para a sua estrela hospedeira, nunca obtendo a massa necessária para formar planetas como Marte, Vênus e a Terra.
Os anéis densos de poeira que vemos agora com o ALMA produziriam um refúgio seguro para os mundos rochosos amadurecerem completamente. As suas densidades mais altas e a concentração de partículas de poeira criariam perturbações no disco, formando zonas onde os planetesimais teriam mais tempo para se tornarem em planetas plenamente desenvolvidos.
Os resultados deste levantamento foram apresentados numa série de dez artigos científicos aceitos para publicação na revista The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: National Radio Astronomy Observatory
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