doi.org/10.1051/0004-6361/202347535
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#Disco
A origem da Terra e do sistema solar inspira os cientistas e o público. Ao estudar o estado atual do nosso planeta natal e de outros objectos no Sistema Solar, os investigadores desenvolveram uma imagem detalhada das condições quando evoluíram a partir de um disco feito de poeira e gás que rodeava o Sol nascente, há cerca de 4,5 bilhões de anos.
Com o progresso impressionante alcançado na investigação da formação de estrelas e planetas visando objetos celestes distantes, podemos agora investigar as condições nos ambientes em torno de estrelas jovens e compará-las com as derivadas do sistema solar inicial. Utilizando o Interferómetro do Very Large Telescope (VLTI) do Observatório Europeu do Sul (ESO), uma equipe internacional de investigadores liderada por József Varga do Observatório Konkoly em Budapeste, Hungria, fez exatamente isso. Eles observaram o disco de formação planetária da jovem estrela HD 144432, a aproximadamente 500 anos-luz de distância.
“Ao estudar a distribuição de poeira na região mais interna do disco, detectámos pela primeira vez uma estrutura complexa na qual a poeira se acumula em três anéis concêntricos num tal ambiente,” diz Roy van Boekel. Ele é cientista do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) em Heidelberg, Alemanha, e coautor do artigo de pesquisa subjacente que será publicado na revista Astronomy & Astrophysics.
“Essa região corresponde à zona onde se formaram os planetas rochosos do Sistema Solar”, acrescenta van Boekel. Comparado com o sistema solar, o primeiro anel em torno de HD 144432 está dentro da órbita de Mercúrio e o segundo está próximo da trajetória de Marte. Além disso, o terceiro anel corresponde aproximadamente à órbita de Júpiter.
Até agora, os astrônomos encontraram tais configurações predominantemente em escalas maiores, correspondendo aos reinos além de onde Saturno circunda o Sol. Os sistemas de anéis nos discos em torno de estrelas jovens geralmente apontam para a formação de planetas dentro das lacunas à medida que acumulam poeira e gás no seu caminho.
No entanto, HD 144432 é o primeiro exemplo de um sistema de anéis complexo tão próximo da sua estrela hospedeira. Ocorre em uma zona rica em poeira, o alicerce de planetas rochosos como a Terra. Assumindo que os anéis indicam a presença de dois planetas em formação dentro das lacunas, os astrônomos estimaram que as suas massas se assemelham aproximadamente às de Júpiter.
As condições podem ser semelhantes às do início do sistema solar
Os astrônomos determinaram a composição da poeira ao longo do disco até uma separação da estrela central que corresponde à distância de Júpiter ao Sol. O que eles descobriram é muito familiar para os cientistas que estudam a Terra e os planetas rochosos do sistema solar: vários silicatos (compostos de metal-silício-oxigênio) e outros minerais presentes na crosta e no manto terrestre, e possivelmente ferro metálico, como está presente nas camadas de Mercúrio e da Terra. núcleos. Se confirmado, este estudo seria o primeiro a descobrir ferro num disco de formação planetária.
“Até agora, os astrônomos explicaram as observações de discos de poeira com uma mistura de carbono e poeira de silicato, materiais que vemos em quase todo o Universo”, explica van Boekel. No entanto, do ponto de vista químico, uma mistura de ferro e silicato é mais plausível para as regiões quentes do disco interno.
Na verdade, o modelo químico que Varga, o principal autor do artigo de investigação subjacente, aplicou aos dados produz resultados mais adequados ao introduzir ferro em vez de carbono.
Além disso, a poeira observada no disco HD 144432 pode ser tão quente quanto 1.800 Kelvin (aproximadamente 1.500 graus Celsius) na borda interna e tão moderada quanto 300 Kelvin (aproximadamente 25 graus Celsius) mais longe. Minerais e ferro derretem e recondensam, muitas vezes como cristais, nas regiões quentes próximas à estrela.
Por sua vez, os grãos de carbono não sobreviveriam ao calor e, em vez disso, estariam presentes como monóxido de carbono ou gás dióxido de carbono. No entanto, o carbono ainda pode ser um constituinte significativo das partículas sólidas no disco externo frio, que as observações realizadas para este estudo não conseguem rastrear.
A poeira rica em ferro e pobre em carbono também se ajustaria perfeitamente às condições do sistema solar. Mercúrio e a Terra são planetas ricos em ferro, enquanto a Terra contém relativamente pouco carbono. “Pensamos que o disco HD 144432 pode ser muito semelhante ao sistema solar primitivo, que forneceu muito ferro aos planetas rochosos que conhecemos hoje”, diz van Boekel. “O nosso estudo pode constituir mais um exemplo que mostra que a composição do nosso sistema solar pode ser bastante típica.”
A interferometria resolve pequenos detalhes
A recuperação dos resultados só foi possível com observações de resolução excepcionalmente elevada, tal como fornecida pelo VLTI. Ao combinar os quatro telescópios VLT de 8,2 metros instalados no Observatório do Paranal do ESO, eles podem resolver detalhes como se os astrônomos empregassem um telescópio com um espelho primário de 200 metros de diâmetro. Varga, van Boekel e seus colaboradores obtiveram dados usando três instrumentos para alcançar uma ampla cobertura de comprimento de onda variando de 1,6 a 13 micrômetros, representando a luz infravermelha.
O MPIA forneceu elementos tecnológicos vitais para dois dispositivos, GRAVITY e o Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE). Um dos principais objetivos do MATISSE é investigar as zonas rochosas de discos de formação planetária em torno de estrelas jovens. “Ao observar as regiões internas dos discos protoplanetários em torno das estrelas, pretendemos explorar a origem dos vários minerais contidos no disco – minerais que mais tarde formarão os componentes sólidos de planetas como a Terra,” afirma Thomas Henning, diretor do MPIA e co-PI do instrumento MATISSE.
No entanto, produzir imagens com um interferômetro como as que estamos acostumados a obter de telescópios individuais não é simples e consome muito tempo. Um uso mais eficiente do precioso tempo de observação para decifrar a estrutura do objeto é comparar os dados esparsos com modelos de configurações de alvo potenciais. No caso do disco HD 144432, uma estrutura de três anéis representa melhor os dados.
Quão comuns são os discos estruturados e ricos em ferro de formação de planetas?
Além do sistema solar, HD 144432 parece fornecer outro exemplo de formação de planetas num ambiente rico em ferro. No entanto, os astrônomos não vão parar por aí.
“Ainda temos alguns candidatos promissores à espera que o VLTI os analise mais de perto”, salienta van Boekel. Em observações anteriores, a equipe descobriu vários discos em torno de estrelas jovens que indicam configurações que valem a pena revisitar. No entanto, irão revelar a sua estrutura e química detalhadas utilizando a mais recente instrumentação do VLTI. Eventualmente, os astrônomos poderão ser capazes de esclarecer se os planetas normalmente se formam em discos de poeira ricos em ferro perto das suas estrelas-mãe.
Publicado em 10/01/2024 20h44
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