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Telescópio ALMA avista anéis gelados ao redor de sistema planetário jovem

Observações sugerem parentesco químico com cometas em nosso próprio Sistema Solar

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. MacGregor; NASA/ESA Hubble, P. Kalas; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Uma equipe internacional de astrônomos, utilizando o grande conjunto de telescópios de radiação milimétrica/submilimétrica do Atacama (o ALMA, na sigla em inglês), fez as primeiras imagens completas, em ondas milimétricas, do anel de poeira cósmica que fica em torno da jovem estrela Fomalhaut. Essa faixa notavelmente bem definida de destroços e gás é provavelmente o resultado de exocometas se esmagando perto das extremidades externas de um sistema planetário a 25 anos-luz da Terra.

As primeiras observações de Fomalhaut pelo ALMA - feitas em 2012, quando o telescópio ainda estava em construção - revelaram apenas metade do disco de detritos. Embora esta primeira imagem fosse meramente um teste das capacidades iniciais do ALMA, ela forneceu dicas tentadoras sobre a natureza e a possível origem do disco.

As novas observações do ALMA oferecem uma visão incrivelmente completa dessa faixa brilhante de detritos, e também sugerem que há semelhanças químicas entre seus conteúdos gelados e cometas do nosso Sistema Solar.

"O ALMA nos deu esta imagem incrivelmente clara de um disco de detritos totalmente formado", disse Meredith MacGregor, astrônoma do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusetts, e principal autor de um dos dois artigos aceitos para publicação na revista Astrophysical Journal os quais descrevem essas observações. "Finalmente podemos ver a forma bem definida do disco, o que pode nos dizer muito sobre o sistema planetário responsável pela sua aparência bastante distinta."

Fomalhaut é um sistema de estrelas relativamente próximo e um dos cerca de apenas 20 nos quais planetas foram diretamente fotografados. Todo o sistema tem aproximadamente 400 milhões de anos, cerca de 1/10 da idade do Sistema Solar.

Como revelado na nova imagem do ALMA, uma faixa brilhante de poeira gelada, com cerca de dois bilhões de quilômetros de comprimento, foi formada a aproximadamente 20 bilhões de quilômetros da estrela.

Os discos de detritos são comuns ao redor de estrelas jovens e representam um período muito dinâmico e caótico na história de um sistema solar. Astrônomos acreditam que eles são formados pelas colisões de cometas e outros planetesimais nos alcances exteriores de um sistema planetário recentemente constituído. Os restos de detritos dessas colisões absorvem a luz de sua estrela central e re-irradiam essa energia como um leve brilho de comprimento de onda milimétrico, o qual pode ser estudado com o ALMA.

Utilizando os novos dados do ALMA e uma modelagem de computador detalhada, os pesquisadores foram capazes de calcular localização, largura e geometria precisas do disco. Esses parâmetros confirmam que um anel tão estreito provavelmente é produzido através da influência gravitacional dos planetas no sistema, observou MacGregor.

As novas observações do ALMA são também as primeiras a mostrar definitivamente o "brilho do apocentro", fenômeno previsto em um artigo de 2016 por Margaret Pan, cientista do Instituto de Tecnologia de Massachusetts em Cambridge, que também é co-autora dos novos artigos do ALMA. Como todos os objetos com órbitas alongadas, o material empoeirado no disco de Fomalhaut viaja mais lentamente quando está mais distante da estrela. À medida que a poeira diminui, ela se acumula, formando concentrações mais densas nas porções mais distantes do disco. Essas regiões densas podem ser vistas pelo ALMA como uma emissão de comprimentos de onda milimétricos mais brilhante.

Usando o mesmo conjunto de dados do ALMA, porém com foco em sinais distintos de comprimento de onda milimétrico, naturalmente emitidos por moléculas no espaço, os pesquisadores também detectaram vastas reservas de gás de monóxido de carbono exatamente no mesmo local que o disco de detritos.

"Esses dados nos permitiram determinar que a abundância relativa de monóxido de carbono e dióxido de carbono em torno de Fomalhaut é aproximadamente a mesma encontrada em cometas em nosso Sistema Solar", disse Luca Matrà, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e principal autor do segundo artigo da equipe. "Esse parentesco químico pode indicar uma similaridade nas condições de formação do cometa entre os alcances exteriores deste sistema planetário e o nosso sistema". Matrà e seus colegas acreditam que esse gás ou é liberado pelas colisões contínuas de cometas, ou é o resultado de um grande e único impacto entre supercometas, centenas de vezes mais massivas do que o Hale-Bopp.

A presença desse disco de detritos bem definido ao redor de Fomalhaut, junto de sua curiosa e familiar química, pode indicar que esse sistema está passando por sua própria versão de Intenso Bombardeio Tardio, um período, há aproximadamente quatro bilhões de anos, quando a Terra e outros planetas eram rotineiramente atingidos por enxames de asteróides e cometas deixados pela formação do Sistema Solar.

“Há 20 anos, os melhores telescópios de comprimento de onda milimétrico forneceram os primeiros mapas distorcidos dos grãos de areia orbitando Fomalhaut. Hoje, com todas as capacidades do ALMA, conseguimos imagens de todo o anel”, concluiu Paul Kalas, astrônomo da Universidade da Califórnia em Berkeley e principal pesquisador das observações. “Esperamos um dia detectar os planetas que influenciam as órbitas desses grãos.”

Observatório Nacional de Radioastronomia
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