Alma revela "PEGADAS" de formação planetaria num disco de gás

Imagem ALMA do disco de poeira em torno de HL Tauri.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Uma nova análise de dados obtidos pelo ALMA fornece evidências ainda mais firmes de "planetas bebé" em torno da estrela HL Tauri. Os investigadores descobriram duas lacunas no disco de gás. As localizações destas divisões no gás coincidem com as encontradas na poeira numa imagem de alta-resolução obtida em 2014 pelo ALMA. Esta descoberta suporta a ideia de que os planetas se formam em escalas de tempo muito mais curtas do que se pensava e pede uma reconsideração de cenários alternativos de formação planetária. Em novembro de 2014, o ALMA divulgou uma imagem surpreendente de HL Tauri e do seu disco de poeira. Essa imagem, a melhor já captada para este tipo de objeto, mostra claramente várias lacunas no disco de poeira em torno da estrela.

Os astrónomos ainda não chegaram a uma resposta definitiva sobre o que origina as falhas no disco de poeira. Dado que estes discos são os locais de formação planetária, alguns sugerem que os planetas infantis são a chave; os intervalos escuros são esculpidos por planetas no disco que atraem ou varrem a poeira ao longo das suas órbitas. Mas outros duvidam da explicação planetária porque HL Tauri é muito jovem, com uma idade estimada em apenas um milhão de anos, e os estudos clássicos indicam que é preciso várias dezenas de milhões de anos para os planetas se formarem a partir de poeira. Esses investigadores propõem outros mecanismos possíveis para a formação das lacunas: mudanças no tamanho da poeira através de coalescência ou destruição; ou a formação de poeira devido ao congelamento de moléculas de gás.

As distribuições do gás HCO+ (azul) e poeira (vermelho) no disco em redor de HL Tauri. As elipses mostram as localizações das lacunas.  Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Yen et al.

São necessários mais dados para determinar qual das teorias está correta. Nós sabemos que os discos em redor de estrelas jovens, além de poeira, contêm gás. De facto, em geral, a quantidade de gás é 100 vezes superior à quantidade de poeira. A equipe de investigação liderada pelo Dr. Hsi-Wei Yen do Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica em Taiwan e pelo professor Shigehisa Takakuwa da Universidade Kagoshima, Japão, focou-se na distribuição do gás no disco para melhor compreender a verdadeira natureza do disco. Caso as lacunas na poeira sejam provocadas pela variação das propriedades de poeira, tal não afeta diretamente o gás. Se, por outro lado, as lacunas na poeira são provocadas pela gravidade de formação planetária, então seria de esperar que a gravidade criasse também lacunas no gás.

Mesmo com a sensibilidade sem precedentes do ALMA, não foi fácil revelar a distribuição do gás no disco. A equipa extraiu as emissões das moléculas do gás HCO+ nos dados públicos da campanha LBC (Long Baseline Campaign) 2014 do ALMA e resumiu as emissões em anéis em torno da estrela para aumentar a sensibilidade eficaz. Esta nova técnica de análise de dados forneceu a imagem mais nítida de sempre da distribuição de gás em torno de uma estrela jovem. A imagem da distribuição de HCO+ revela pelo menos duas lacunas no disco, com um raio de 28 e 69 unidades astronómicas. "Para nossa surpresa, estes intervalos no gás sobrepõem-se aos intervalos no gás," afirma Yen, autor principal do artigo publicado na revista Astrophysical Journal Letters. "Isto suporta a ideia de que as lacunas são as 'pegadas' de planetas em formação."

Impressão de artista de HL Tauri. A estrela está rodeada pelo disco (vermelho) e por um invólucro volumoso. A estrela liberta um jato bipolar colimado.  Crédito: ASIAA

O facto de que as lacunas no gás e na poeira coincidem, significa que a quantidade de material aí presente provavelmente diminui. Isto desfavorece algumas das teorias que tentam explicar as lacunas só com mudanças nas partículas de poeira. Uma diminuição na quantidade de material nos intervalos suporta a teoria de formação planetária, apesar da jovem idade de HL Tauri. "Os nossos resultados indicam que os planetas se formam muito mais cedo do que pensávamos," acrescenta Yen. A equipa também descobriu que a densidade do gás é alta o suficiente para abrigar um planeta jovem na divisão interior. Ao compararem a estrutura da lacuna interior com os modelos teóricos, a equipa estima que o planeta tenha uma massa de 0,8 vezes a de Júpiter.

Por outro lado, a origem da lacuna exterior é ainda incerta. A equipa sugeriu a existência de um possível planeta com 2,1 vezes a massa de Júpiter, mas a pesquisa presente não consegue eliminar a possibilidade de que a lacuna é produzida pelo arrasto entre as partículas de poeira e o gás. Para resolver esta questão, são necessários mais dados. A nossa investigação demonstra claramente que a aplicação de novas técnicas de análise em dados existentes pode revelar factos importantes, aumentando ainda mais o já elevado potencial científico do ALMA," comenta Takakuwa. "Ao aplicarmos o mesmo método para conjuntos de dados de outras estrelas jovens, esperamos construir um modelo sistemático de formação planetária."

Fonte: Astronomia Online

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