A busca por outros planetas em nossa galáxia aqueceu nas últimas décadas, com 3869 planetas sendo detectados em 2.886 sistemas e outros 2.898 candidatos aguardando confirmação. Embora a descoberta desses planetas tenha ensinado aos cientistas muito sobre os tipos de planetas que existem em nossa galáxia, ainda há muito que não sabemos sobre o processo de formação planetária.
Para responder a essas perguntas, uma equipe internacional recentemente usou o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) para realizar a primeira pesquisa em larga escala e em alta resolução de discos protoplanetários em torno de estrelas próximas. Conhecidas como subestruturas de disco no projeto de alta resolução angular (DSHARP), este programa produziu imagens de alta resolução de 20 sistemas próximos, onde poeira e gás estavam em processo de formação de novos planetas.
Seus resultados foram compartilhados em uma série de dez artigos que devem aparecer em uma edição especial da As Cartas do Jornal Astrofísico. A equipe responsável incluiu membros do Centro Harvard Smithsonian de Astrofísica (CfA), Observatório Conjunto ALMA e vários observatórios, institutos de pesquisa e universidades.
Em cada caso, os pesquisadores do DSHARP observaram a presença de lacunas no disco que estavam distantes da estrela central e pareciam demarcar as partes interna e externa do disco. Os anéis resultantes também eram densamente compactados ou formavam bandas mais finas, dependendo da distância da estrela. Esses padrões, eles indicaram, poderiam ser o resultado de um companheiro planetário invisível que perturba o disco.
Outra possibilidade é que as estruturas de disco estejam sujeitas a uma instabilidade global semelhante à observada nas galáxias espirais (como a Via Láctea). Segundo os pesquisadores, a explicação mais convincente é que grandes planetas (como gigantes de gás) estavam se formando predominantemente na parte externa dos discos, o que indicaria que a formação do planeta ocorre muito mais rapidamente do que as teorias atuais sobre a formação do planeta permitem.
Essa possível explicação também ajudaria a explicar como os planetas terrestres (ou seja, rochosos e de tamanho semelhante à Terra) que se formam mais próximos de suas estrelas são capazes de sobreviver aos estágios iniciais de sua formação. Sean Andrews, astrônomo do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA) e um dos líderes * da campanha de observação do ALMA, explicou o significado dessas descobertas em um comunicado de imprensa da NRAO:
“O objetivo dessa campanha de observação de meses foi procurar pontos em comum estruturais e diferenças em discos protoplanetários. A visão notavelmente nítida do ALMA revelou estruturas inéditas e padrões inesperadamente complexos. Estamos vendo detalhes distintos em torno de uma ampla variedade de jovens estrelas de várias massas. A interpretação mais convincente desses recursos altamente diversificados e de pequena escala é que existem planetas invisíveis interagindo com o material do disco. ”
De acordo com os principais modelos de formação de planetas, os planetas nascem pelo acúmulo gradual de poeira e gás dentro de um disco protoplanetário. Isso começa com grãos de poeira coalescentes para formar rochas cada vez maiores, até que asteróides, planestesimais e planetas emergem. Pensa-se que esse processo leve milhões de anos, o que significa que os discos protoplanetários em sistemas mais antigos teriam mais visibilidade afetada por ele.
No entanto, observações iniciais conduzidas pelo ALMA indicaram que muitos discos protoplanetários jovens tinham estruturas bem definidas, como anéis e lacunas. Esses recursos geralmente estão associados à presença de planetas e foram encontrados em alguns sistemas com apenas um milhão de anos. Como explicou Jane Huang, uma estudante de graduação da CfA e membro da equipe de pesquisa:
“Foi surpreendente ver possíveis assinaturas de formação de planetas nas primeiras imagens de alta resolução de discos jovens. Era importante descobrir se eram anomalias ou se essas assinaturas eram comuns em discos. ”
Como o conjunto inicial de amostras era muito pequeno, a campanha DSHARP foi montada para observar outros discos protoplanetários para comparação. Como é conhecido que as partículas de poeira brilham no comprimento de onda milimetrada, a equipe da campanha conseguiu usar o conjunto ALMA para mapear com precisão a distribuição de densidade das correias de poeira em torno de sistemas de estrelas jovens e (dependendo da distância da estrela) para mapear recursos como pequeno como algumas unidades astronômicas.
No final, a equipe de pesquisa descobriu que muitas das subestruturas (ou seja, lacunas concêntricas e anéis estreitos) eram comuns a quase todos os discos, enquanto os padrões espirais de grande escala e as características de arco eram mais raros. Eles também descobriram que os discos e lacunas estavam presentes em uma grande variedade de distâncias de suas estrelas hospedeiras - variando de algumas UAs a mais de cem.
Como observado, essas observações podem ajudar a resolver um mistério duradouro quando se trata de teorias da formação de planetas. Especificamente, os astrônomos se perguntam como os planetas poderiam se formar quando a dinâmica de um disco protoplanetário suave faria com que qualquer corpo com mais de um centímetro de diâmetro caísse em sua estrela hospedeira. Nessas circunstâncias, objetos rochosos maiores que um asteróide não deveriam existir.
Essencialmente, os densos anéis de poeira observados pela equipe criariam perturbações no disco, o que poderia criar zonas onde os planetesimais seriam seguros e teriam o tempo necessário para crescer em planetas. Como Laura Perez, pesquisadora da Universidade do Chile e membro da equipe de pesquisa, indicou:
“Quando o ALMA realmente revelou suas capacidades com sua imagem icônica de HL Tau, tivemos que nos perguntar se isso seria algo estranho, já que o disco era relativamente grande e jovem. Essas últimas observações mostram que, apesar de impressionante, o HL Tau está longe de ser incomum e pode realmente representar a evolução normal dos planetas ao redor de estrelas jovens. ”
Esta pesquisa mostra o poder que os instrumentos de ponta e as colaborações científicas têm atualmente. Graças à capacidade de ver mais e de mais longe, os cientistas são capazes de testar as teorias astronômicas como nunca antes. E, no processo, nossas noções mais fundamentais sobre como o Universo surgiu estão sendo confirmadas e desafiadas.
Não deixe de apreciar esta animação da aparência de um disco protoplanetário, cortesia do programa NRAO Outreach:
* Os outros líderes da campanha de observação do ALMA são Andrea Isella, da Universidade Rice, Laura Pérez, da Universidade do Chile, e Cornelis Dullemond, da Universidade de Heidelberg.
