Hubble segue jogo de sombras em torno de disco formador de planetas

A jovem estrela TW Hydrae está brincando de 'fantoches de sombra' com cientistas.  

Em 2017, astrônomos relataram a descoberta de uma sombra varrendo a face de um vasto disco de gás e poeira em forma de panqueca ao redor da estrela anã vermelha TW Hydrae. A sombra não é de um planeta, mas de um disco interno ligeiramente inclinado em relação ao disco externo muito maior – fazendo com que ele projete uma sombra. 

Discos concêntricos de gás e poeira ao redor da estrela TW Hydrae Crédito: NASA. ESA, L. Hustak (STScI)

Uma explicação é que a gravidade de um planeta invisível está puxando poeira e gás para sua órbita inclinada. Agora, uma segunda sombra – jogando um jogo de espia-a-vaia – surgiu em apenas alguns anos entre as observações armazenadas no arquivo MAST do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. Isso pode ser de mais um disco aninhado dentro do sistema. Os dois discos são provavelmente evidências de um par de planetas em construção.

A TW Hydrae tem menos de 10 milhões de anos e reside a cerca de 200 anos-luz de distância. Em sua infância, há cerca de 4,6 bilhões de anos, nosso Sistema Solar pode ter se parecido com o sistema TW Hydrae. Como o sistema TW Hydrae é inclinado quase de frente para a Terra, ele é um alvo ideal para obter uma visão panorâmica de um pátio de construção planetária.

A segunda sombra foi descoberta em observações obtidas em 6 de junho de 2021, como parte de um programa plurianual projetado para rastrear as sombras em discos circunstelares. John Debes, da AURA/STScI da Agência Espacial Europeia no Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, comparou essas últimas observações do disco TW Hydrae com observações do Hubble feitas há vários anos.

"Descobrimos que a sombra tinha feito algo completamente diferente", disse Debes, que é investigador principal e principal autor do estudo publicado no The Astrophysical Journal. "Quando olhei os dados pela primeira vez, pensei que algo tinha dado errado com a observação, porque não era o que eu esperava. Fiquei boquiaberto no início, e todos os meus colaboradores ficaram tipo: o que está acontecendo? Nós realmente tivemos que coçar a cabeça e demorou um pouco para realmente descobrir uma explicação."

"Elaboramos uma teoria do que poderia estar causando a mudança das sombras", acrescentou Rebecca Nealon, membro da equipe científica da Universidade de Warwick, no Reino Unido. "Mas para testar isso tivemos que executar modelos sofisticados onde variamos o número de discos e suas orientações para tentar reproduzir as observações do Hubble."

A melhor solução encontrada pela equipe é que há dois discos desalinhados, projetando sombras. Eles estavam tão próximos um do outro na observação anterior que fizeram falta. Com o tempo, eles agora se separaram e se dividiram em duas sombras. "Nunca vimos isso antes em um disco protoplanetário. Isso torna o sistema muito mais complexo do que pensávamos originalmente", disse Debes.

A explicação mais simples é que os discos desalinhados são provavelmente causados pela atração gravitacional de dois planetas em planos orbitais ligeiramente diferentes. O Hubble está reunindo uma visão holística da arquitetura do sistema.

Os discos podem ser proxies de planetas que estão batendo uns nos outros enquanto giram em torno da estrela. É como girar dois discos de vinil em velocidades ligeiramente diferentes. Às vezes, os rótulos combinam, mas depois um fica à frente do outro.

"Isso sugere que os dois planetas têm que estar bastante próximos um do outro. Se um estivesse se movendo muito mais rápido do que o outro, isso teria sido notado em observações anteriores. É como dois carros de corrida que estão próximos um do outro, mas um lentamente ultrapassa e dá voltas ao outro", disse Debes.

Os planetas suspeitos estão localizados em uma região aproximadamente a distância de Júpiter do nosso Sol. E as sombras completam uma rotação em torno da estrela a cada 15 anos – o período orbital que seria esperado a essa distância da estrela.

Além disso, esses dois discos internos são inclinados em cerca de cinco a sete graus em relação ao plano do disco externo. Isso é comparável à faixa de inclinações orbitais dentro do nosso Sistema Solar. "Isso está em linha com a arquitetura típica do Sistema Solar", disse Debes.

O disco externo em que as sombras estão caindo pode se estender até várias vezes o raio do cinturão de Kuiper do nosso Sistema Solar. Este disco maior tem uma curiosa lacuna a duas vezes a distância média de Plutão do Sol. Isso pode ser evidência de um terceiro planeta no sistema.

Qualquer planeta interior seria difícil de detectar porque sua luz seria perdida no brilho da estrela. Além disso, a poeira no sistema diminuiria sua luz refletida. O observatório espacial Gaia da ESA pode ser capaz de medir uma oscilação na estrela se planetas de massa de Júpiter estiverem puxando-a, mas isso levaria anos, dados os longos períodos orbitais.

Os dados do TW Hydrae são do Space Telescope Imaging Spectrograph do Hubble. A visão infravermelha do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA também pode ser capaz de mostrar as sombras com mais detalhes.

Fonte: esahubble.org