Uma descoberta química surpresa do ALMA pode ajudar a detectar e confirmar protoplanetas

Cientistas usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudar o disco protoplanetário em torno de uma estrela jovem descobriram a evidência química mais convincente até hoje da formação de protoplanetas.

A descoberta fornecerá aos astrônomos um método alternativo para detectar e caracterizar protoplanetas quando observações diretas ou imagens não forem possíveis. Os resultados serão publicados em uma próxima edição do TheAstrophysical Journal Letters. 

Localizada na direção da constelação de Sagitário, a jovem estrela HD 169142 hospeda um protoplaneta gigante, incorporado no seu disco protoplanetário poeirento e rico em gás. Esta impressão artística mostra o planeta semelhante a Júpiter a interagir e a aquecer o gás molecular próximo, conduzindo fluxos vistos em várias linhas de emissão, incluindo as de moléculas de rastreio de choque como SO e SiS, e as vulgarmente vistas 12CO e 13CO. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Weiss (NRAO/AUI/NSF) 

HD 169142 é uma estrela jovem localizada na constelação de Sagitário que é de interesse significativo para os astrônomos devido à presença de seu grande disco circunstelar rico em poeira e gás que é visto quase de frente. Vários candidatos a protoplanetas foram identificados na última década e, no início deste ano, cientistas da Universidade de Liège e da Universidade de Monash confirmaram que um desses candidatos – HD 169142 b – é, na verdade, um protoplaneta gigante semelhante a Júpiter.

As descobertas reveladas numa nova análise de dados de arquivo do ALMA podem agora tornar mais fácil para os cientistas detetar, confirmar e, em última análise, caracterizar protoplanetas que se formam em torno de estrelas jovens.

"Quando analisamos a 169142 HD e seu disco em comprimentos de onda submilimétricos, identificamos várias assinaturas químicas convincentes deste protoplaneta gigante gasoso recentemente confirmado", disse Charles Law, astrônomo do Centro de Astrofísica | Harvard e principal autor do novo estudo. "Agora temos a confirmação de que podemos usar assinaturas químicas para descobrir que tipos de planetas podem estar se formando nos discos ao redor de estrelas jovens."

A equipa concentrou-se no sistema de 169142 HD porque acreditava que a presença do protoplaneta gigante HD 169142 b era provavelmente acompanhada por assinaturas químicas detectáveis, e eles estavam certos. A equipe de Law detectou monóxido de carbono (tanto 12CO quanto seu isotopólogo 13CO) e monóxido de enxofre (SO), que já haviam sido detectados anteriormente e acreditava-se que estivessem associados a protoplanetas em outros discos.

Mas, pela primeira vez, a equipe também detectou monossulfeto de silício (SiS). Isso foi uma surpresa porque, para que a emissão de SiS seja detectável pelo ALMA, os silicatos devem ser liberados de grãos de poeira próximos em ondas de choque massivas causadas por gás viajando em altas velocidades, um comportamento tipicamente resultante de fluxos que são impulsionados por protoplanetas gigantes.

"SiS era uma molécula que nunca tínhamos visto antes em um disco protoplanetário, muito menos nas proximidades de um protoplaneta gigante", disse Law. "A detecção da emissão de SiS surgiu porque significa que este protoplaneta deve estar produzindo ondas de choque poderosas no gás circundante."

Com essa nova abordagem química para detectar protoplanetas jovens, os cientistas podem estar abrindo uma nova janela sobre o Universo e aprofundando sua compreensão dos exoplanetas. Os protoplanetas, especialmente aqueles que ainda estão embutidos em seus discos circunstelares, como no sistema de 169142 HD, fornecem uma conexão direta com a população de exoplanetas conhecida.

"Há uma enorme diversidade em exoplanetas e, usando assinaturas químicas observadas com o ALMA, isso nos dá uma nova maneira de entender como diferentes protoplanetas se desenvolvem ao longo do tempo e, em última análise, conectam suas propriedades às dos sistemas exoplanetários", disse Law.

"Além de fornecer uma nova ferramenta para a caça de planetas com o ALMA, esta descoberta abre muita química emocionante que nunca vimos antes. À medida que continuamos a pesquisar mais discos em torno de estrelas jovens, inevitavelmente encontraremos outras moléculas interessantes, mas inesperadas, assim como SiS. Descobertas como essa implicam que estamos apenas arranhando a superfície da verdadeira diversidade química associada a configurações protoplanetárias."

Fonte: Observatório ALMA