Para "nascer", os planetas não esperam que sua estrela se forme primeiro
Parece que teremos que atualizar nossas teorias sobre como as estrelas e os planetas se formam em novos sistemas solares. Uma equipe de astrônomos descobriu jovens planetas se formando em um sistema solar com apenas 500.000 anos de idade. Antes dessa descoberta, os astrônomos pensavam que as estrelas estavam bem em sua vida adulta de fusão, antes que os planetas se formassem de material remanescente no disco circunstelar.
Agora, de acordo com um novo estudo, parece que planetas e estrelas podem se formar e crescer juntos.
Os astrônomos examinaram muitos sistemas solares jovens. Normalmente, uma estrela jovem é cercada por um disco de poeira, e os astrônomos podem ver os anéis sendo removidos da poeira por planetas jovens à medida que se formam. Nesses casos, a jovem estrela já reuniu sua massa. Mas não neste caso.
"Tradicionalmente, pensava-se que uma estrela faz a maior parte de sua formação antes da formação dos planetas, mas nossas observações mostraram que eles se formam simultaneamente.”
Ian Stephens, co-autor, CfA
O título da nova pesquisa é “
Quatro estruturas anulares em um disco protoestelar com menos de 500.000 anos ”. O autor principal é Dominique Segura-Cox, cientista do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) na Alemanha. O artigo foi publicado na revista Nature.
O estudo é centrado em uma jovem protoestrela chamada
IRS 63 . Fica a cerca de 470 anos-luz de nós, na direção da constelação de Ophiuchus. O IRS 63 está profundamente embutido na densa
nuvem interestelar LI709 .
A densa região L1709 da Nuvem Molecular de Ophiuchus mapeada pelo Telescópio Espacial Herschel, que envolve e alimenta o material para a protoestrela IRS 63 e o disco formador de planetas muito menores (localização marcada pelo x preto).
Crédito: MPE / D. Segura-Cox Crédito de dados: ESA / Herschel / SPIRE / PACS / D. Arzoumaniano
IRS 63 é diferente de outras estrelas jovens. Mostra os anéis de poeira reveladores que sinalizam a presença de planetas jovens, mas tem apenas metade da idade de outras estrelas jovens que mostram os mesmos anéis. Com menos de 500.000 anos de idade, a estrela bebê ainda não terminou de reunir sua própria massa e ainda está em processo de formação.
“Observamos o jovem disco protoplanetário chamado IRS 63 e encontramos lacunas e anéis dentro do disco, o que é indicativo da formação do planeta”, disse o co-autor do estudo Ian Stephens, astrônomo do Center for
Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA). “Tradicionalmente, pensava-se que uma estrela faz a maior parte de sua formação antes da formação dos planetas, mas nossas observações mostraram que eles se formam simultaneamente.”
No mesmo comunicado à imprensa, o autor principal Segura-Cox acrescentou: “Os anéis no disco em torno do IRS 63 são tão novos. Costumávamos ter essa ideia de que as estrelas entraram primeiro na idade adulta e foram as mães dos planetas que vieram depois, mas agora vemos que as protoestrelas e os planetas crescem e evoluem juntos desde os primeiros tempos como irmãos. ”
No estudo, os autores escrevem "As subestruturas anulares que observamos em direção ao disco da jovem proto-estrela IRS 63 indicam que as condições para a formação planetesimal provavelmente começam em tempos extremamente iniciais, preparando o terreno para a formação da primeira geração de planetas."
A equipe de pesquisadores conseguiu estimar as massas dos planetas que estão se formando ao redor da jovem estrela. Os autores escrevem que “... a massa planetária necessária para abrir cada lacuna pode ser estimada a partir de nossas observações de poeira.” Eles acrescentaram: “Supondo que cada lacuna seja aberta por um planeta, para a lacuna G1 a massa do planeta necessária é de 0,47
M de Júpiter (onde
M Júpiter é a massa de Júpiter) e a lacuna G2 requer uma massa planetária de 0,31
M de Júpiter .”
A equipe alerta que esses são os limites de massa superiores e também mencionam que essas massas são surpreendentes e maiores do que o esperado. “As massas planetárias estimadas no disco jovem do IRS 63 já são comparáveis às massas de Júpiter e são surpreendentemente grandes nesses raios, considerando que nos estágios iniciais de formação, os planetas enfrentam sérias barreiras para crescer até massas tão grandes em escalas de tempo curtas como bem como evitar o acréscimo descontrolado em estágios posteriores de sua formação. ”
Os anéis e lacunas no disco de poeira IRS 63 são mostrados ao lado de um esboço das órbitas do Sistema Solar desenhadas na mesma escala de tamanho e orientação do disco IRS 63. As localizações dos anéis são semelhantes às localizações dos objetos em nosso próprio Sistema Solar, com o anel interno do tamanho da órbita de Netuno e o anel externo um pouco maior que a órbita de Plutão.
Crédito: MPE / D. Crédito de dados Segura-Cox: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
As descobertas do sistema IRS 63 estão ajudando a transformar nossa compreensão dos sistemas solares jovens. Mas eles também podem estar nos dizendo algo sobre nosso próprio Sistema Solar e como ele se formou.
Gigantes gasosos como Júpiter requerem cerca de 10 massas terrestres de material sólido para se formar. Esse material se torna o núcleo e uma grande quantidade de gás se acumula em torno dele. A equipe que estuda o IRS 63 mediu a quantidade de material no disco jovem e encontrou aproximadamente 150 massas terrestres de material, tanto poeira quanto gás. Quando a equipe emparelhou essa medição com as medições do disco circunstelar e dos anéis e lacunas nele, eles aprenderam algo.
“Esses anéis e lacunas sugerem que estamos vendo as primeiras evidências da formação de planetas, e que os planetas certamente começam a se formar dentro do primeiro meio milhão de anos e provavelmente nos primeiros 150.000 anos”, disse Stephens. “Planetas, especialmente planetas como Júpiter, começaram sua própria formação em um dos primeiros estágios do processo de formação de estrelas.”
Os astrônomos pensam que Júpiter se formou além de Netuno inicialmente, e então migrou para dentro para eventualmente assumir sua posição atual.
Algumas pesquisas mostram que levou 700.000 anos para migrar. Essas novas observações do material no disco do IRS 63 parecem confirmar isso. A equipe pensa que a quantidade de material no disco e a idade do sistema são muito semelhantes às condições em uma idade semelhante em nosso próprio Sistema Solar.
“O tamanho do disco é muito semelhante ao de nosso sistema solar”, disse Segura-Cox. “Até a massa da protoestrela é um pouco menor que a massa do nosso Sol. Estudar esses jovens discos formadores de planetas em torno de proto-estrelas pode nos dar importantes insights sobre nossas próprias origens ”.
Este resultado é surpreendente, embora de certa forma não devesse ser. Esses jovens sistemas estelares são notoriamente difíceis de enxergar. Todo o gás e poeira tornam difícil observá-los, o que significa que deve haver coisas acontecendo nesses sistemas que os astrônomos ainda não viram. No entanto, houve um grande progresso nos últimos anos. Felizmente, o
ALMA é capaz de sondar esses sistemas, observando as emissões dos grãos de poeira.
Uma imagem ALMA de um disco protoplanetário de 2019. Esta imagem da jovem estrela TW Hydrae revela os anéis e lacunas clássicos que significam que os planetas estão em formação neste sistema. Crédito: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
Em 2019, os astrônomos usaram o ALMA (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) para perscrutar o jovem sistema solar que se formava em torno de
TW Hydrae , uma jovem estrela T-Tauri a cerca de 196 anos-luz de distância. Eles foram capazes de ver os anéis e lacunas no disco de material ao redor da estrela que são os sinais reveladores da formação de planetas.
Na verdade, observar jovens planetas esculpindo espaços em um disco estelar é quase comum. Astrônomos que usam o ALMA já identificaram muitos deles.
Imagens de alta resolução do ALMA de discos protoplanetários próximos, que são resultados do Projeto de Subestruturas de Disco em Alta Resolução Angular (DSHARP). Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Andrews et al .; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Notavelmente, o Very Large Telescope do ESO foi capaz até de localizar dois planetas bebês em um sistema, em 2018. As imagens não mostram muitos detalhes e não nos dizem muito, mas ainda é um marco.
Esta imagem espetacular do instrumento SPHERE no Very Large Telescope do ESO é a primeira imagem nítida de um planeta capturado no próprio ato de formação em torno da estrela anã PDS 70. Crédito: ESO / A. Müller et al.
Como muitas áreas da astronomia, o futuro Telescópio Espacial James Webb dará uma contribuição importante. Com seu coronógrafo e sua capacidade de ver no infravermelho médio, ele será capaz de
olhar para esses jovens sistemas solares para ver o que está acontecendo. A sensibilidade do Webb será muito superior a de outros telescópios. Os astrônomos usarão seu poder e sensibilidade para observar sistemas jovens como o IRS 63. Quem sabe o que eles encontrarão.
“Nosso programa está olhando para planetas jovens recém-formados e os sistemas que eles habitam, explicou o co-investigador principal Beth Biller da Universidade de Edimburgo, em um comunicado à imprensa . “Webb vai nos permitir fazer isso com muito mais detalhes e em comprimentos de onda que nunca exploramos antes. Portanto, será vital para entender como esses objetos se formam e como são esses sistemas. ”
Uma imagem Gemini Planet Imager (GPI) de HR 4796A, a maior estrela do sistema binário HR 4796. Ele mostra o disco circunstelar em torno do HR 4796A, um anel de poeira e planetesimais semelhante em alguns aspectos a uma versão ampliada do Cinturão de Kuiper do sistema solar. Crédito da imagem: Marshall Perrin (Instituto de Ciência do Telescópio Espacial), Gaspard Duchene (UC Berkeley), Max Millar-Blanchaer (Universidade de Toronto) e a Equipe GPI.
O programa Early Release Science de James Webb já escolheu um alvo.
HR 4796 é um jovem sistema estelar binário com planetesimais que os astrônomos vêm observando há 20 anos. Os astrônomos pensam que este sistema, com seus planetesimais e seu anel de detritos, é representativo de muitos sistemas solares jovens.
Dependendo do que o JWST descobrir, talvez tenhamos que atualizar nossas teorias novamente. Esperemos.
