Anel distorcido de estrela vizinha moldado por planetas em evolução

Formato incomum do anel de detritos de Fomalhaut mostra evidências de escultura por planetas antigos, reescrevendo a história da evolução do sistema planetário

A estrela brilhante no centro, Fomalhaut, é cercada por um antigo disco de detritos de brilho irregular. O disco está mais próximo da estrela ao sul, onde é mais largo e mais tênue, e mais distante da estrela ao norte, onde é mais estreito e mais brilhante. O anel pontilhado mostra a possível órbita de um planeta sugerida por Lovell et al. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/B. Saxton

Astrônomos usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) obtiveram a imagem de maior resolução até o momento, revelando novos insights sobre a arquitetura incomum e misteriosa do disco de detritos que circunda Fomalhaut, uma das estrelas mais brilhantes e bem estudadas em nossa vizinhança cósmica. Discos de detritos são vastos cinturões de poeira e corpos rochosos, semelhantes ao cinturão de asteroides do nosso Sistema Solar — mas muito maiores. A assimétrica (ou excentricidade) do disco de Fomalhaut fascina os astrônomos há quase duas décadas.

Uma equipe internacional de pesquisa, liderada por astrônomos do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian e da Universidade Johns Hopkins, publicou dois artigos analisando essas novas observações no Astrophysical Journal/Astrophysical Journal Letters. Eles descobriram agora que o disco de Fomalhaut não é apenas excêntrico — sua excentricidade muda com a distância da estrela.

Ao contrário de modelos anteriores que pressupunham uma excentricidade uniforme ou "fixa", seu novo modelo baseado em dados mostra que o formato do disco se torna menos esticado (ou menos excêntrico) quanto mais distante um segmento estiver de Fomalhaut. Essa morfologia é conhecida como gradiente de excentricidade negativo. É possível imaginar os deslocamentos entre a estrela e o centro do anel, muito parecidos com os anéis de Saturno, se Saturno não estivesse posicionado perfeitamente no meio.

“Nossas observações mostram, pela primeira vez, que a excentricidade do disco não é constante”, disse o autor principal de um dos artigos, Joshua Bennett Lovell, bolsista do Submillimeter Array do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. “Ela diminui gradualmente com a distância, uma descoberta nunca antes demonstrada de forma conclusiva em nenhum disco de detritos.” Lovell também é Embaixador do ALMA no Centro Científico ALMA Norte-Americano do Observatório Nacional de Radioastronomia da Fundação Nacional de Ciências dos EUA.

Utilizando imagens ALMA de alta resolução em comprimentos de onda de 1,3 mm, a equipe ajustou um novo modelo aos dados, que leva em conta o raio, a largura e as assimetrias do disco, com um modelo de anel excêntrico que pode alterar sua excentricidade com a distância da estrela. O modelo de melhor ajuste apontou para um declínio acentuado na excentricidade com a distância, conforme previsto por teorias dinâmicas sobre como os planetas podem moldar discos de detritos, mas ainda não observado em nenhum lugar do universo. 

Este gradiente negativo oferece pistas sobre planetas ocultos, atualmente invisíveis aos astrônomos, orbitando Fomalhaut. O novo modelo sugere que um planeta massivo orbitando dentro do disco de Fomalhaut pode ter esculpido seu perfil de excentricidade no início da história do sistema extrassolar. O formato incomum do disco de detritos pode ter se formado na juventude do sistema, durante a fase de disco protoplanetário, e permaneceu assim por mais de 400 milhões de anos, graças à contínua atração e empurrão deste planeta.

No segundo artigo, liderado pelo estudante de pós-graduação Jay Chittidi, da Universidade Johns Hopkins, a equipe examinou a possibilidade de a excentricidade do anel ser fixa com a distância da estrela. "Embora a mudança no brilho do lado do pericentro do disco, mais próximo da estrela, para o lado do apocentro, mais distante da estrela, entre os dados do JWST e do ALMA fosse esperada, as mudanças precisas que medimos no brilho do disco e na largura do anel não puderam ser explicadas pelos modelos antigos", disse Jay.

 "Simplificando: não conseguimos encontrar um modelo com excentricidade fixa que pudesse explicar essas características peculiares do disco de Fomalhaut. Comparando os modelos antigos e novos, agora podemos interpretar melhor este disco e reconstruir a história e o estado atual deste sistema dinâmico."

Os pesquisadores esperam que este novo modelo seja testado com mais observações do ALMA, recentemente aprovadas. "E esperamos encontrar novas pistas que nos ajudem a descobrir esse planeta!", acrescenta Lovell. A equipe compartilhou o código do modelo de excentricidade desenvolvido para esta pesquisa recém-publicada para permitir que outros astrônomos o apliquem a sistemas semelhantes.

Public.nrao.edu