A formação planetária ainda é um mistério. Os astrônomos estudam discos protoplanetários há décadas, tentando resolver os detalhes da gênese planetária.
© NRAO/B. Saxton (disco ao redor de Elias 2-27)
Vários rastreadores moleculares ajudaram os cientistas a melhor compreender os gases presentes no disco que rodeia Elias 2-27. Visível nesta animação, os dados do contínuo de poeira em 0,87mm (azul), a emissão de C18O (amarelo), e a emissão de 13CO (vermelho), cada camada vista individualmente e em composição.
Graças ao ALMA, uma equipe de cientistas, pela primeira vez, explorou fundo nas estruturas espirais do enorme disco protoplanetário de Elias 2-27, uma estrela jovem a 378 anos-luz de distância na direção da constelação de Ofiúco. A equipe pensa que as instabilidades gravitacionais são a origem das espirais, e não a interação com um planeta ou estrela companheira.
Discos de gás e poeira rodeiam estrelas jovens recém-formadas. São chamados de discos protoplanetários, e os astrônomos esperam que os planetas se desenvolvam aí nos primeiros 10 milhões de anos de vida das estrelas.
Um dos mecanismos fundamentais que impulsionam este processo são as instabilidades gravitacionais, que ocorre quando o disco é massivo o suficiente para que a sua gravidade se torne relevante na forma como as partículas interagem entre elas. As instabilidades gravitacionais podem fazer com que o disco se fragmente em pequenos aglomerados, que podem tornar-se em planetas gigantes muito rapidamente.
As características únicas de Elias 2-27 tornaram-na popular entre os cientistas do ALMA por mais de meia década. Uma equipe liderada por Laura Perez da Universidade do Chile descobriu, também usando o ALMA, as espirais no disco de Elias 2-27 em 2016. Mas não foram capazes de determinar o que gerou as instabilidades gravitacionais. Foram necessárias outras observações em várias bandas do ALMA e rastreadores de gás para explorar a estrutura das espirais tanto em gás como em poeira.
Descobriram em 2016 que o disco de Elias 2-27 tinha uma estrutura diferente de outros sistemas já estudados. Algo não observado num disco protoplanetário antes: dois braços espirais de grande escala. A origem destas estruturas permaneceu um mistério, por isso foram necessárias mais observações. Foi realizada uma exploração simultânea tanto da emissão de gás como da emissão da poeira neste sistema.
Embora as instabilidades gravitacionais possam agora ser confirmadas para explicar as estruturas espirais no contínuo de poeira em torno da estrela, há também uma divisão interna, ou material ausente no disco, para o qual não há uma explicação clara. As imagens de alta resolução angular obtidas com o ALMA em vários comprimentos de onda foram fundamentais para estudar a morfologia do disco e as propriedades da poeira. A localização espacial das partículas de diferentes tamanhos permite entender os processos de crescimento da poeira e inferir a origem da morfologia espiral.
Além disso, a alta sensibilidade do ALMA permitiu à equipe estudar as perturbações cinemáticas e os processos dinâmicos rastreados pela emissão molecular. Usando duas moléculas como rastreadores (13CO e C18O), descobriram que o disco estava altamente perturbado e rodeado por emissões de gás em grande escala produzidas por material além da extensão do disco principal de poeira e gás.
As perturbações são grandes demais para serem explicadas por uma companheira. A estrutura vertical assimétrica do disco está provavelmente relacionada com a queda contínua de material, mostrando como os locais de formação planetária são caóticos. Uma das barreiras para entender a formação planetária era a falta de medições diretas da massa dos discos formadores de planetas. A alta sensibilidade do ALMA permitiu estudar mais de perto os processos dinâmicos, a densidade e até mesmo a massa do disco.
Este achado é a base para o desenvolvimento de um método para medir a massa do disco que permitirá quebrar uma das maiores e mais insistentes barreiras no campo da formação planetária. O conhecimento da massa presente nos discos de formação de planetas possibilita determinar a quantidade de material disponível para a formação dos sistemas planetários e melhor entender o processo pelo qual se formam.
Embora a equipe tenha respondido a muitas perguntas críticas sobre o papel da instabilidade gravitacional e da massa do disco na formação planetária, o trabalho ainda não terminou. O estudo de como os planetas se formam é difícil porque demoram milhões de anos para serem constituídos.
Os resultados deste estudo foram publicados no periódico The Astrophysical Journal.
Fonte: National Radio Astronomy Observatory
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