Astrônomos detectam sinais de planetas se formando em torno de estrelas moribundas

 Sistemas binários envelhecidos podem estar dando origem a planetas de segunda geração.

Os planetas se formam em torno de estrelas jovens em discos protoplanetários, conforme ilustrado no conceito deste artista - mas novas observações indicam que estrelas moribundas também podem hospedar discos semelhantes de formação de planetas. ESO/L. Calçada

Quando uma estrela parecida com o Sol esgota o combustível de hélio em seu núcleo, ela entra em agonia. Faminto por combustível, ele se torna uma gigante vermelha, provavelmente engolindo seus planetas mais internos, e começa a queimar restos de hidrogênio em hélio. Periodicamente, essas cinzas de hélio reacendem, fazendo com que a estrela mais uma vez queime brilhantemente e jogue suas camadas externas no espaço. 

Esta fase volátil da vida estelar é chamada de ramo gigante assintótico (AGB). Com tanta coisa acontecendo, pareceria um ambiente terrível para o delicado processo de formação de planetas. Mas nas últimas duas décadas, os astrônomos começaram a suspeitar que, em algumas circunstâncias, esse estágio poderia resultar em um novo disco de material ao redor da estrela, dando origem a uma segunda geração de planetas. 

Agora, uma análise publicada em 1º de fevereiro na revista Astronomy and Astrophysics fornece algumas das primeiras dicas observacionais de que estrelas moribundas em sistemas binários podem estar dando origem a novos planetas. Aproximadamente 10% das estrelas pós-AGB que eles estudaram estão cercadas por discos de gás e poeira que possuem lacunas e cavidades, um sinal revelador de que os planetas possivelmente estão presentes – ou se formando – neles. 

É incrível que eles vejam estruturas de disco semelhantes ao que vemos em discos protoplanetários”, diz Matthias Schreiber, astrônomo da Universidad Tecnica Federico Santa Maria em Valparaíso, Chile, que não esteve envolvido no trabalho. Será necessário mais trabalho para determinar se os planetas são planetas de primeira ou segunda geração, observa ele. “Mas este resultado por si só é fantástico.” 

Disc jockey

O estudo analisa observações de arquivo de 85 estrelas binárias pós-AGB na Via Láctea, todas cercadas por vastos discos de material. Por razões que os astrônomos ainda não entendem completamente, algumas estrelas AGB com uma estrela companheira binária são capazes de sair da fase AGB rapidamente. A gravidade da segunda estrela permite que parte do material estelar que explodiu no espaço gire de volta para o par de estrelas, formando um disco quente, brilhante e giratório de gás e poeira – semelhante ao que aconteceu quando as estrelas nasceram. Embora a equipe não tenha feito imagens desses discos diretamente, eles puderam estudá-los observando a radiação que emitem no infravermelho. 

Um disco de transição (à direita) é um disco de acreção em torno de uma estrela que teve suas regiões internas esculpidas por um planeta em formação. Um disco de acréscimo completo é mostrado à esquerda para comparação.N. Steck

De forma tentadora, parece que cerca de 10% desses discos de segunda geração não brilham tão intensamente quanto o esperado para um disco completo - eles parecem estar perdendo a parte mais quente e interna de seus discos. Os pesquisadores que estudam a formação de planetas chamam esses discos de transição. Eles são um sinal de que um planeta está orbitando dentro, limpando o material do disco interno. Mas geralmente, eles estão associados a estrelas jovens no início de suas vidas, não a estrelas moribundas. “É fascinante ver a semelhança muito próxima entre a física que vemos em objetos estelares jovens e em objetos evoluídos antigos”, diz Hans Van Winckel, astrônomo de KU Leuven e co-autor do estudo.

 Além disso, para as estrelas pós-AGB que apresentam discos de transição, a equipe também encontrou níveis mais baixos de elementos empoeirados como ferro na superfície das próprias estrelas. Esse fenômeno é chamado de depleção e também aponta para um planeta em órbita: as simulações mostram que a presença gravitacional de um grande planeta pode romper a poeira no disco, fazendo com que a poeira se acumule fora da órbita do planeta e impedindo que ela desça em espiral para a superfície. próprias estrelas. 

Esses dois fatores combinados tornam “muito provável” que esses discos tenham um planeta dentro deles, diz Jacques Kluska, astrônomo de KU Leuven, na Bélgica, e primeiro autor do estudo. “É a primeira evidência indireta da presença de um planeta em um disco em torno de estrelas evoluídas.” 

A segunda geração?

O que não está claro é se os planetas potenciais presentes nesses discos de transição são planetas de primeira ou segunda geração. Os discos pós-AGB não duram muito – apenas algumas dezenas de milhares de anos – o que mal dá tempo para formar um planeta, de acordo com a teoria atual. Isso faz com que a equipe pense que o esgotamento é mais provável de ser causado por um planeta sobrevivente de primeira geração. 

Os planetas que se formam dentro de um disco de acreção podem revelar sua presença esculpindo lacunas no disco, como visto nesta imagem do radiotelescópio ALMA no Chile. ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Mas, diz Kluska, a presença de um planeta de primeira geração cria melhores condições para a formação de planetas de segunda geração: ao fazer com que a poeira se acumule em uma região do disco, pode desencadear o processo de bola de neve de acumulação de matéria pelo qual um planeta formulários. 

Então, ou os planetas nos discos de transição são na verdade planetas de segunda geração, ou são sobreviventes de primeira geração que poderiam estar pastoreando uma segunda geração de planetas. De qualquer forma, a descoberta torna mais provável a possibilidade de planetas de segunda geração, diz Kluska – embora, ele acrescenta, “ainda haja algum trabalho a fazer para provar (ou refutar) isso”. 

Schreiber diz que também está “ligeiramente inclinado” para os planetas atuais serem planetas de primeira geração, mas também não descarta a possibilidade de já estarmos vendo planetas de segunda geração. "É uma questão em aberto", diz ele. Talvez, ele observa, os teóricos eventualmente encontrem maneiras de os planetas se formarem mais rapidamente. “As escalas de tempo que temos agora para a formação de planetas são muito mais curtas do que as escalas de tempo que tínhamos há 10 anos. Então, descobrimos mecanismos onde a natureza pode formar planetas muito mais rápido – e por que isso não deveria acontecer novamente?” 

Se os planetas atuais são planetas de primeira geração ajudando a construir planetas de segunda geração, os astrônomos podem não encontrar os eventuais planetas de segunda geração em torno de estrelas na fase pós-AGB de curta duração, mas em torno de estrelas ainda mais avançadas em idade. É possível que os astrônomos já tenham encontrado alguns: em 2010, Schreiber fez parte de uma equipe que relatou dois planetas gigantes ao redor do sistema NN Serpentis , um sistema binário com uma anã branca. Os planetas eram notáveis ​​porque a anã branca já havia expelido todas as suas camadas externas, o que significa que os planetas conseguiram sobreviver a esse estágio – ou se formaram após essa fase como planetas de segunda geração. 

Os planetas de NN Ser deram início a grande parte da especulação atual sobre planetas de segunda geração que levaram a este estudo. “Tem sido especulado, mas agora para realmente ver os discos de transição… os sinais de formação de planetas em discos protoplanetários – isso é incrível”, diz Schreiber. 

Para investigar ainda mais esses discos de transição, Kluska e seus colegas estão fazendo observações usando o radiotelescópio ALMA e o Interferômetro do Very Large Telescope, ambos localizados no deserto do Atacama, no Chile. Isso permitirá que eles visualizem diretamente os discos, revelando sua estrutura – e possivelmente mais sinais de formação de planetas.

Fonte: astronomy.com