Especialista explica evidências de formação planetária por instabilidade gravitacional

Exoplanetas se formam em discos protoplanetários, uma coleção de poeira espacial e gás orbitando uma estrela. A principal teoria da formação planetária, chamada de acreção do núcleo, ocorre quando grãos de poeira no disco se acumulam e crescem para formar um núcleo planetário, como uma bola de neve rolando ladeira abaixo. 

Espirais globais no disco AB Aur. Crédito: Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07877-0

Uma vez que tenha uma atração gravitacional forte o suficiente, outro material colapsa ao redor dele para formar a atmosfera. Uma teoria secundária da formação planetária é o colapso gravitacional. Neste cenário, o próprio disco se torna gravitacionalmente instável e colapsa para formar o planeta, como neve sendo arada em uma pilha. Este processo requer que o disco seja massivo, e até recentemente não havia candidatos viáveis ​​conhecidos para observar; pesquisas anteriores detectaram a pilha de neve, mas não o que a fez. 

Mas em um novo artigo publicado hoje na Nature , o professor de desenvolvimento de carreira do MIT Kerr-McGee, Richard Teague, e seus colegas relatam evidências de que o movimento do gás ao redor da estrela AB Aurigae se comporta como seria de se esperar em um disco gravitacionalmente instável, correspondendo às previsões numéricas. 

A descoberta deles é semelhante à detecção do limpa-neve que fez a pilha. Isso indica que o colapso gravitacional é um método viável de formação planetária. Aqui, Teague, que estuda a formação de sistemas planetários no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT, responde a algumas perguntas sobre o novo trabalho. 

O que tornou o sistema AB Aurigae um bom candidato para observação?

Houve muitas observações que sugeriram algumas dinâmicas interessantes acontecendo no sistema. Grupos viram braços espirais dentro do disco; pessoas encontraram pontos quentes, que alguns grupos interpretaram como um planeta; outros explicaram como alguma outra instabilidade. Mas era realmente um disco e sabíamos que havia muitos movimentos interessantes acontecendo. Os dados que tínhamos anteriormente eram suficientes para ver que era interessante, mas não realmente bons o suficiente para detalhar o que estava acontecendo. 

O que é instabilidade gravitacional quando se trata de discos protoplanetários?

Instabilidades gravitacionais são onde a gravidade do próprio disco é forte o suficiente para perturbar os movimentos dentro do disco. Normalmente, assumimos que o potencial gravitacional é dominado pela estrela central , o que é o caso quando a massa do disco é menor que 10% da massa estelar (o que é a maior parte do tempo). 

Quando a massa do disco fica muito grande, o potencial gravitacional a afetará de diferentes maneiras e acionará esses braços espirais muito grandes no disco. Eles podem ter muitos efeitos diferentes: eles podem prender o gás, eles podem aquecê-lo, eles podem permitir que o momento angular seja transportado muito rapidamente dentro do disco. 

Se for instável, o disco pode se fragmentar e colapsar diretamente para formar um planeta em um período de tempo incrivelmente curto. Em vez das dezenas de milhares de anos que levaria para uma acreção de núcleo acontecer, isso aconteceria em uma fração desse tempo. 

Como essa descoberta desafia a sabedoria convencional sobre a formação planetária?

Isso mostra que esse caminho alternativo de formação de planetas via colapso direto é uma maneira pela qual podemos formar planetas. Isso é particularmente importante porque estamos encontrando cada vez mais evidências de planetas muito grandes — digamos, com massa de Júpiter ou maior — que estão muito longe de sua estrela. 

Esses tipos de planetas são incrivelmente difíceis de formar com acreção de núcleo, porque você normalmente precisa deles perto da estrela, onde as coisas acontecem rapidamente. Então, formar algo tão massivo, tão longe da estrela, é um verdadeiro desafio. 

Se formos capazes de mostrar que há fontes que são massivas o suficiente para serem gravitacionalmente instáveis, isso resolve o problema. É uma maneira pela qual talvez sistemas mais novos possam ser formados, porque sempre foi um pouco desafiador entender como eles surgiram com acreção do núcleo.

Fonte: phys.org