Astrônomos divulgaram este mês a maior coleção de imagens nítidas e detalhadas de discos de entulho em torno de estrelas jovens, mostrando a grande variedade de formas e tamanhos de sistemas estelares durante seus primeiros anos de formação de planetas. Surpreendentemente, quase todos mostraram evidências de planetas.
As imagens foram obtidas durante um período de quatro anos por um instrumento de precisão, o Gemini Planet Imager (GPI), montado no telescópio Gemini South de 8 metros no Chile. O GPI usa um sistema óptico adaptável de ponta para remover o desfoque atmosférico, fornecendo as imagens mais nítidas até a data de muitos desses discos.
Instrumentos terrestres como o GPI, que está sendo atualizado para realizar observações semelhantes no céu do norte a partir do telescópio norte de Gemini, no Havaí, podem ser uma maneira de rastrear estrelas com discos de detritos suspeitos para determinar quais valem a pena buscar por mais poderosos, mas caros , telescópios para encontrar planetas – em particular, planetas habitáveis. Vários telescópios de 20, 30 e 40 metros, como o Telescópio Gigante de Magalhães e o Telescópio Extremamente Grande, entrarão em operação nas próximas décadas, enquanto o Telescópio Espacial James Webb, em órbita, deverá ser lançado em 2021.
“Geralmente é mais fácil detectar o disco cheio de poeira do que os planetas, então você detecta a poeira primeiro e depois sabe apontar o seu Telescópio Espacial James Webb ou o Telescópio Romano Nancy Grace para esses sistemas, reduzindo o número de estrelas. você precisa procurar esses planetas em primeiro lugar “, disse Tom Esposito, um pós-doutorado da Universidade da Califórnia, em Berkeley.
Esposito é o primeiro autor de um artigo descrevendo os resultados que apareceram em 15 de junho no The Astronomical Journal.
Cintos de cometas em torno de outras estrelas
Os discos de detritos nas imagens são equivalentes ao Cinturão de Kuiper em nosso sistema solar, um reino gelado cerca de 40 vezes mais distante do sol que a Terra – além da órbita de Netuno – e cheio de rochas, poeira e gelo que nunca se tornaram parte de qualquer planeta em nosso sistema solar. Os cometas do cinto – bolas de gelo e rocha – varrem periodicamente o sistema solar interno, causando estragos na Terra, mas também fornecendo materiais relacionados à vida, como água, carbono e oxigênio.
Das 26 imagens de discos de detritos obtidos pelo Gemini Planet Imager (GPI), 25 tinham “buracos” ao redor da estrela central que provavelmente foram criados por planetas que varrem rochas e poeira. Sete dos 26 eram anteriormente desconhecidos; imagens anteriores dos outros 19 não eram tão nítidas quanto as do GPI e geralmente não tinham resolução para detectar um furo interno. A pesquisa dobra o número de discos de detritos gravados em alta resolução.
“Uma das coisas que descobrimos é que esses discos são realmente anéis com clareiras internas”, disse Esposito, que também é pesquisador do Instituto SETI em Mountain View, Califórnia. “A GPI tinha uma visão clara das regiões internas próximas à estrela, enquanto no passado, as observações do Telescópio Espacial Hubble e de instrumentos mais antigos do solo não podiam ver suficientemente perto da estrela para ver o buraco ao seu redor”.
O GPI incorpora um parágrafo coronário que bloqueia a luz da estrela, permitindo ver tão perto quanto uma unidade astronômica (AU) da estrela ou a distância da Terra ao nosso sol: 150 milhões de Km.
A GPI mirou 104 estrelas que eram incomumente brilhantes na luz infravermelha, indicando que estavam cercadas por detritos refletindo a luz da estrela ou aquecidas pela estrela. O instrumento registrou luz polarizada no infravermelho próximo, dispersa por pequenas partículas de poeira, com cerca de um milésimo de milímetro (1 mícron) de tamanho, provavelmente o resultado de colisões entre rochas maiores em um disco de detritos.
“Não houve pesquisa sistemática de discos de detritos jovens tão grandes assim, olhando com o mesmo instrumento, usando os mesmos modos e métodos de observação”, disse Esposito. “Detectamos esses 26 discos de detritos com qualidade de dados muito consistente, onde podemos realmente comparar as observações, algo único em termos de pesquisas com discos de detritos”.
Os sete discos de detritos nunca antes fotografados dessa maneira estavam entre os 13 discos em torno de estrelas se movendo juntos pela Via Láctea, membros de um grupo chamado associação estelar Scorpius-Centaurus, localizada entre 100 e 140 parsecs da Terra, ou cerca de 400 anos.
“É como o ponto de pesca perfeito; nossa taxa de sucesso foi muito maior do que qualquer outra coisa que já fizemos”, disse Paul Kalas, professor adjunto de astronomia da UC Berkeley e segundo autor do artigo. Como todos os sete são ao redor de estrelas que nasceram na mesma região aproximadamente ao mesmo tempo “, esse grupo em si é um mini laboratório onde podemos comparar e contrastar as arquiteturas de muitos viveiros planetários que se desenvolvem simultaneamente sob uma variedade de condições, algo que realmente não tínhamos antes “, acrescentou Esposito.
Das 104 estrelas observadas, 75 não possuíam discos de tamanho ou densidade que o GPI pudesse detectar, embora possam estar cercados por detritos que sobraram da formação do planeta. Observou-se que outras três estrelas hospedavam discos pertencentes à fase “protoplanetária” anterior da evolução.
Como era nosso sistema solar em sua infância?
A extensão dos discos de detritos variou muito, mas a maioria variou entre 20 e 100 UA. Estavam em torno de estrelas com idades variando de dezenas de milhões de anos a algumas centenas de milhões de anos, um período muito dinâmico para a evolução dos planetas. A maioria era maior e mais brilhante que o sol.
A única estrela, HD 156623, que não tinha um buraco no centro do disco de detritos era uma das mais jovens do grupo, que se encaixa nas teorias de como os planetas se formam. Inicialmente, o disco protoplanetário deve ser relativamente uniforme, mas à medida que o sistema envelhece, os planetas se formam e varrem a parte interna do disco.
“Quando olhamos para discos circunstelares mais jovens, como discos protoplanetários que estão em uma fase anterior da evolução, quando planetas estão se formando ou antes de os planetas começarem a se formar, há muito gás e poeira nas áreas em que encontramos esses buracos nos discos de detritos mais antigos “, disse Esposito. “Algo removeu esse material ao longo do tempo, e uma das maneiras de fazer isso é com os planetas”.
Como a luz polarizada dos discos de entulho pode teoricamente dizer aos astrônomos a composição da poeira, Esposito espera refinar modelos para prever a composição – em particular, para detectar água, que é considerada uma condição para a vida.
Estudos como esses podem ajudar a responder a uma pergunta persistente sobre o nosso próprio sistema solar, disse Kalas.
“Se você atrasar o relógio para o nosso próprio sistema solar em 4,5 bilhões de anos, qual desses discos éramos nós? Éramos um anel estreito ou uma bolha difusa?” ele disse. “Seria ótimo saber como éramos naquela época para entender nossas próprias origens. Essa é a grande pergunta sem resposta”.
Mais de 100 pesquisadores contribuíram para o GPI e o GPI Exoplanet Survey, e mais de 35 estiveram envolvidos no levantamento de discos de detritos. O trabalho foi apoiado pela National Science Foundation (AST-1518332), National Aeronáutica e Space Administration (NNX15AC89G) e Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), uma rede de coordenação de pesquisa patrocinada pela Science Mission Directorate (NNX15AD95G) da NASA. O NOIRLab (Laboratório Nacional de Pesquisa em Astronomia Infravermelha Ótica) da NSF opera o Observatório Internacional de Gêmeos, que é uma instalação dos EUA, Canadá, Chile, Brasil, Argentina e Coréia do Sul.
Outros co-autores são Michael Fitzgerald da UCLA, Gaspard Duchêne, Eugene Chiang, Ian Czekala e James Graham da UC Berkeley, ex-pesquisadores da UC Berkeley Robert De Rosa, Megan Ansdell e Franck Marchis, ex-alunos Marshall Perrin e Jason Wang e ex estudantes de graduação Pauline Arriaga, Justin Hom e Malena Rice.
Publicado em 25/06/2020 21h29
Artigo original:
- http://spaceref.com/exoplanets/rogues-gallery-of-dusty-star-systems-reveals-exoplanet-nurseries.html
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