Astrônomos resolvem o caso da falta de monóxido de carbono em discos protoplanetários

Os astrônomos frequentemente observam monóxido de carbono em viveiros planetários. O composto é ultrabrilhante e extremamente comum em discos protoplanetários – regiões de poeira e gás onde os planetas se formam em torno de estrelas jovens – tornando-o um alvo principal para os cientistas.

Ilustração artística de um disco planetário, uma região de poeira e gás onde os planetas se formam. A inserção de zoom exibe moléculas de monóxido de carbono na fase de gelo. Crédito: M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

Mas, na última década, algo não vem somando quando se trata de observações de monóxido de carbono , diz Diana Powell, pesquisadora do Hubble da NASA no Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian. Um grande pedaço de monóxido de carbono está faltando em todas as observações de discos, se as previsões atuais dos astrônomos sobre sua abundância estiverem corretas.

Agora, um novo modelo – validado por observações com o ALMA – resolveu o mistério: o monóxido de carbono está escondido em formações de gelo dentro dos discos. Os resultados são descritos hoje na revista Nature Astronomy .

"Este pode ser um dos maiores problemas não resolvidos em discos formadores de planetas", diz Powell, que liderou o estudo. "Dependendo do sistema observado, o monóxido de carbono é de três a 100 vezes menor do que deveria ser; é uma quantidade realmente enorme."

E as imprecisões do monóxido de carbono podem ter enormes implicações para o campo da astroquímica.

“O monóxido de carbono é essencialmente usado para rastrear tudo o que sabemos sobre discos – como massa, composição e temperatura”, explica Powell. “Isso pode significar que muitos de nossos resultados para discos foram tendenciosos e incertos porque não entendemos o composto bem o suficiente”.

Intrigado com o mistério, Powell colocou seu chapéu de detetive e se apoiou em sua experiência na física por trás das mudanças de fase – quando a matéria se transforma de um estado para outro, como um gás se transformando em sólido.

Em um palpite, Powell fez alterações em um modelo astrofísico que atualmente é usado para estudar nuvens em exoplanetas, ou planetas além do nosso sistema solar.

"O que é realmente especial sobre este modelo é que ele tem física detalhada de como o gelo se forma nas partículas", explica ela. "Então, como o gelo se nuclea em partículas pequenas e, em seguida, como ele se condensa. O modelo rastreia cuidadosamente onde o gelo está, em qual partícula ele está localizado, quão grandes são as partículas, quão pequenas elas são e como elas se movem."

Powell aplicou o modelo adaptado aos discos planetários, esperando gerar uma compreensão profunda de como o monóxido de carbono evolui ao longo do tempo em viveiros planetários. Para testar a validade do modelo, Powell então comparou sua saída com observações reais do ALMA de monóxido de carbono em quatro discos bem estudados – TW Hya, HD 163296, DM Tau e IM Lup.

Os resultados e modelos funcionaram muito bem, diz Powell.

O novo modelo se alinhou com cada uma das observações, mostrando que os quatro discos não estavam realmente sem monóxido de carbono – ele acabou de se transformar em gelo, que atualmente é indetectável com um telescópio. 

Observatórios de rádio como o ALMA permitem que os astrônomos vejam o monóxido de carbono no espaço em sua fase gasosa, mas o gelo é muito mais difícil de detectar com a tecnologia atual, especialmente grandes formações de gelo, diz Powell.

O modelo mostra que, ao contrário do pensamento anterior, o monóxido de carbono está se formando em grandes partículas de gelo – especialmente após um milhão de anos. Antes de um milhão de anos, o monóxido de carbono gasoso é abundante e detectável em discos.

"Isso muda a forma como pensávamos que o gelo e o gás eram distribuídos em discos", diz Powell. “Isso também mostra que uma modelagem detalhada como essa é importante para entender os fundamentos desses ambientes”.

Powell espera que seu modelo possa ser validado ainda mais usando observações com o Telescópio Webb da NASA – que pode ser poderoso o suficiente para finalmente detectar gelo em discos, mas isso ainda precisa ser visto.

Powell, que adora mudanças de fase e os processos complicados por trás delas, diz que está impressionada com sua influência. "A física da formação de gelo em pequena escala influencia a formação e evolução do disco - agora isso é muito legal."

Fonte: phys.org