Como você pesa um planeta que não pode ser visto a muitos anos-luz de distância? Os astrónomos podem ter a resposta – e isso envolve “ler entre os anéis”, também conhecidas como as belas e brilhantes estruturas empoeiradas que os exoplanetas recém-nascidos criam em torno das suas estrelas jovens.
Os planetas em geral nascem da poeira, do gás e de pequenos fragmentos chamados “planetesimais”, que cercam os jovens estrelas. Como resultado, na sua relativa juventude, estes mundos ainda são encontrados incorporados neste material natal, girando em torno de estruturas semelhantes a placas chamadas discos protoplanetários. No entanto, observações recentes revelaram que, à medida que estes exoplanetas bebés orbitam as suas estrelas-mãe, também criam faixas neste disco de gás e poeira.
Embora tais anéis tenham sido usados para determinar a presença de exoplanetas em torno das estrelas, esta nova investigação sugere uma forma de utilizar essas ranhuras para avaliar também as características dos exoplanetas.
“Há muito que entendemos que os anéis poderiam ser criados a partir de poeira concentrada que se acumula logo além da órbita de planetas jovens e incorporados, mas até agora não conseguimos ligar as características destes anéis às massas dos planetas”, disse a líder da equipe Amena Faruqi, do Grupo de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Warwick, no Reino Unido, em um comunicado. declaração. “Ao ler ‘entre os anéis’, encontrámos agora uma forma de reconstruir as massas dos planetas que criam os anéis, mesmo quando esses planetas são demasiado ténues ou demasiado incorporados para serem observados diretamente.
“Estes anéis brilhantes não são apenas estruturas bonitas – são essencialmente impressões digitais planetárias.”
Investigando um sistema estelar empoeirado
O primeiro passo dado por Faruqi e colegas envolveu o uso de simulações de computador para avaliar como as massas dos exoplanetas criariam formas distintas para os anéis nos discos protoplanetários. Eles descobriram que a largura dos anéis de poeira e a localização do ponto mais brilhante desse anel são fundamentais para avaliar as características dos exoplanetas camuflados.
Curiosamente, a relação entre a massa de um planeta e o brilho máximo do anel de poeira que ele cria mantém-se independentemente do que aconteça. comprimento de onda de luz em que o sistema é fotografado – bem como independentemente do tamanho dos grãos de poeira no anel. Isso significa que os astrónomos não precisam de conhecer as condições exatas em torno de uma estrela bebé para avaliar a massa dos seus exoplanetas.
Os cientistas testaram a sua nova técnica aplicando-a a um sistema planetário localizado a cerca de 370 anos-luz de distância, chamado PDS 70, que os astrónomos têm estudado com o Matriz Milimétrica/submilimétrica Grande Atacama (ALMA), um conjunto de 66 antenas de rádio localizadas no norte do Chile.
“Um dos pontos fortes deste trabalho é que ele não permanece no domínio da teoria – fomos capazes de pegar esses resultados de simulação e aplicá-los diretamente a sistemas reais observados”, disse Jessica Speedie, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) no comunicado. “Usar o sistema PDS 70 como um laboratório observacional, em particular, permitiu uma verificação real da abordagem, dando-nos a confiança de que estes métodos estão genuinamente prontos para serem amplamente aplicados o mais rápido possível.”
O PDS 70 foi um objeto de teste útil para a equipe porque possui pelo menos dois exoplanetas, PDS 70 b e PDS 70 c, e foi fotografado diretamente. A técnica forneceu uma massa estimada para o PDS 70 c, em linha com as estimativas atuais de cerca de 7,5 vezes a massa de Júpiter. Os resultados da equipa também forneceram algumas informações surpreendentes sobre os processos que envolvem a formação planetária, bem como levantaram questões que os astrónomos estarão ansiosos por responder.
“Outro resultado surpreendente das simulações é que, em discos típicos, planetas em formação mais massiva podem reter até 20 vezes a massa de poeira da Terra dentro destes anéis”, disse Ralph Pudritz, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade McMaster, no comunicado. “Isto confirma as observações do ALMA – mas levanta a questão de por que razão não foram detectados novos planetas na poeira e nos seixos presos no anel. “Os nossos resultados sugerem que a poeira é suficientemente abundante e concentrada o suficiente para potencialmente iniciar a formação de planetas. Este é um insight importante que iniciará novas observações e teorias.”
Em última análise, esta nova técnica e o seu poder para estudar sistemas planetários infantis também poderiam ajudar a nossa compreensão de como o nosso próprio sistema planetário tomou forma há cerca de 4,6 mil milhões de anos.
“O que mais me entusiasma é o momento. Com o ALMA a fornecer imagens de disco cada vez mais detalhadas e futuras instalações no horizonte, nunca houve melhor momento para desenvolver estes métodos,” disse Farzana Meru, membro da equipa, do Departamento de Física da Universidade de Warwick. “A combinação dos nossos diagnósticos baseados em poeira com observações da pressão do gás abrirá uma nova e poderosa janela sobre os planetas ocultos que moldam estes discos e os diversos sistemas planetários que eles irão formar.”
A pesquisa da equipe foi publicada na quinta-feira (28 de maio) em O Jornal Astrofísico.
