O nosso Sistema Solar é comparável a outros sistemas solares? Como são os outros sistemas? Sabemos por estudos de exoplanetas que muitos outros sistemas têm Júpiteres quentes, gigantes gasosos massivos que orbitam extremamente perto de suas estrelas. Isso é normal, e nosso Sistema Solar é a exceção?
Uma maneira de abordar essas questões é estudar os discos formadores de planetas em torno de estrelas jovens para ver como eles evoluem.
Mas estudar uma grande amostra desses sistemas é a única maneira de obter uma resposta.
Então foi isso que um grupo de astrônomos fez quando pesquisou 873 discos protoplanetários.
A massa é a peça crítica em um novo estudo sobre discos formadores de planetas. A massa do disco determina quanta matéria está disponível para formar planetas.
Ao medir a massa dos discos em torno de estrelas jovens, os astrônomos podem restringir a massa total dos planetas que podem se formar lá e chegar um passo mais perto de entender a arquitetura do sistema solar.
O novo estudo é “Pesquisa de discos de Orion com ALMA (SODA): I. Dados demográficos em nível de nuvem de 873 discos protoplanetários”. É publicado na revista Astronomy and Astrophysics, e o autor principal é Sierk van Terwisga, cientista do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, Alemanha.
“Até agora, não sabíamos ao certo quais propriedades dominam a evolução dos discos formadores de planetas em torno de estrelas jovens”, disse van Terwisga em um comunicado à imprensa.
“Nossos novos resultados agora indicam que em ambientes sem qualquer influência externa relevante, a massa observada do disco disponível para a formação de novos planetas depende apenas da idade do sistema estrela-disco.”
A massa de poeira não apenas informa aos astrônomos a massa dos planetas que podem se formar a partir de um disco. Dependendo da idade do disco, também poderia dizer aos astrônomos quais planetas já se formaram.
Mas outros fatores também afetam a massa do disco, e esses fatores variam de disco para disco. Coisas como vento estelar e irradiação de estrelas próximas fora do disco também podem afetar a massa.
Então, como os pesquisadores conseguiram isolar esses efeitos em uma amostra tão grande?
Eles se concentraram em uma região bem conhecida de discos protoplanetários chamada nuvem Orion A, que faz parte do Orion Molecular Cloud Complex (OMCC).
O OMCC fica a cerca de 1350 anos-luz de distância e abriga a bem estudada Nebulosa de Órion, uma característica que até os astrônomos de quintal podem ver.
Acima: Esta imagem mostra a gigante nuvem formadora de estrelas Orion A observada pelo instrumento SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) a bordo do Telescópio Espacial Herschel. Ele rastreia a distribuição em larga escala de poeira fria. Orion A está a cerca de 1350 anos-luz de distância e consiste em regiões individuais de formação de estrelas, conforme indicado por seus rótulos. As localizações dos discos formadores de planetas (+) observados com o ALMA são indicadas, enquanto os discos com massas de poeira acima de um equivalente a 100 massas terrestres aparecem como pontos azuis.
Álvaro Hacar é coautor do estudo e cientista da Universidade de Viena, na Áustria. “Orion A nos forneceu um tamanho de amostra sem precedentes de mais de 870 discos em torno de estrelas jovens”, disse Hacar. “Era crucial poder procurar pequenas variações na massa do disco dependendo da idade e até mesmo dos ambientes locais dentro da nuvem.”
Esta é uma boa amostra porque todos os discos pertencem à mesma nuvem. Isso significa que a química deles é uniforme e todos têm a mesma história.
O Orion Nebular Cluster (ONC) nas proximidades hospeda algumas estrelas massivas que podem afetar outros discos, então a equipe rejeitou quaisquer discos em Orion A mais próximos de 13 anos-luz do ONC.
Medir a massa de todos esses discos era complicado. A equipe usou o Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) para observar a poeira. O ALMA pode ser ajustado para diferentes comprimentos de onda, então a equipe observou os discos jovens em um comprimento de onda de 1,2 mm.
Nesse comprimento de onda, a poeira é brilhante, mas a estrela é fraca, o que ajuda a eliminar o efeito da estrela em cada disco. Como observar a 1,2 milímetros torna as observações insensíveis a objetos maiores que alguns milímetros – por exemplo, planetas que já se formaram – as medições da equipe mediram apenas a poeira disponível para formar novos planetas.
Medir a poeira sem interferência das estrelas era um obstáculo, mas os pesquisadores enfrentaram outro: dados.
Um levantamento detalhado de quase 900 discos protoplanetários cria muitos dados, e todos esses dados precisam ser processados antes que tenham algum significado coletivo. Se a equipe tivesse confiado nos métodos existentes, levaria cerca de seis meses para processar todos esses dados.
Em vez disso, eles desenvolveram seu próprio método para lidar com os dados usando processamento paralelo. O que levaria meses levou menos de um dia. “Nossa nova abordagem melhorou a velocidade de processamento por um fator de 900”, disse o coautor Raymond Oonk.
Quando eles processaram os dados, os pesquisadores descobriram que a maioria dos discos continha apenas 2,2 massas terrestres de poeira. Apenas 20 dos quase 900 discos continham poeira suficiente para 100 ou mais Terras.
“Para procurar variações, dissecamos a nuvem Orion A e analisamos essas regiões separadamente. Graças às centenas de discos, as subamostras ainda eram suficientemente grandes para produzir resultados estatisticamente significativos”, explicou van Terwisga.
Os pesquisadores encontraram alguma variabilidade na massa de poeira do disco em diferentes regiões de Orion A, mas as variações foram mínimas. O efeito da idade pode explicar as variações, segundo os autores. À medida que os discos envelhecem, a massa do disco diminui e os clusters de discos da mesma idade têm a mesma distribuição de massa.
“Devemos enfatizar que as diferenças entre esses aglomerados, que estão localizados longe um do outro no céu, são pequenas e pouco significativas em relação ao outro e ao campo, mesmo nos casos mais extremos”, escrevem os autores em seu artigo.
Acima: Esta figura mostra os seis agrupamentos de baixa massa e baixa densidade de YSOs no estudo. Apesar de sua ampla distribuição em Orion A, os discos mostram a mesma correlação massa-idade.
Espera-se que, à medida que os discos envelhecem, sua massa de poeira diminua. A formação planetária é responsável pela maior parte dessa diminuição: o que antes era poeira torna-se planetas.
Mas outros efeitos também contribuem para a perda de poeira. A poeira pode migrar para o centro do disco e a irradiação da estrela hospedeira pode evaporar a poeira.
Mas este estudo reforça a correlação entre a idade e a perda de poeira.
Os resultados deste estudo podem se aplicar a outras populações de discos estelares jovens? Os autores compararam seus resultados de Orion A com várias regiões de formação de estrelas vizinhas com discos jovens.
A maioria deles, mas não todos, se encaixam com a perda de massa relacionada à idade observada em Orion A.
“Ao todo, achamos que nosso estudo prova que pelo menos nos próximos 1.000 anos-luz, todas as populações de discos formadores de planetas mostram a mesma distribuição de massa em uma determinada idade. E eles parecem estar evoluindo mais ou menos da mesma forma. caminho”, disse van Terwisga.
Os pesquisadores têm mais trabalho que gostariam de fazer. Eles vão examinar o efeito que estrelas menores podem ter em uma escala menor de alguns anos-luz.
Neste estudo, eles evitaram o efeito que as estrelas massivas no ONC podem ter nos discos vizinhos. Mas estrelas de fundo menores ainda podem estar afetando os discos e podem explicar algumas das pequenas variações na correlação idade-massa.
A idade da estrela e seu disco, as propriedades químicas e a dinâmica da nuvem-mãe combinam-se com a massa para pintar uma imagem mais clara do sistema solar que surge do disco. Os astrônomos não são capazes de obter dados como esse e prever que tipo de planetas podem se formar em qualquer Sistema Solar.
Mas é notável que a correlação entre a idade do disco e a massa do disco seja forte, mesmo em grandes estruturas como Orion A.
“As propriedades notavelmente homogêneas de amostras de disco da mesma idade são uma descoberta surpreendente”, concluem os autores, e seus resultados confirmam o que estudos e pesquisas anteriores sugeriram.
“Agora, no entanto, podemos mostrar que isso se aplica a um número maior de YSOs e aglomerados YSO, formando-se em partes bem separadas da mesma nuvem gigante. Pela primeira vez, o tamanho sem precedentes do SODA (Survey of Orion Disks with Alma ) nos permite ampliar os efeitos de gradientes de idade e agrupamento em uma única região de formação de estrelas.”
Publicado em 19/05/2022 23h59
Artigo original:
Estudo original: