Nota de Imprensa

ALMA descobre trio de planetas bebés em torno de estrela recém nascida

Técnica inovadora para descobrir os planetas mais jovens da nossa galáxia

13 de Junho de 2018

Com o auxílio do ALMA, duas equipas independentes de astrónomos descobriram provas convincentes de que três planetas jovens orbitam a estrela bebé HD 163296. Utilizando uma técnica inovadora de procura de planetas, os astrónomos identificaram três distúrbios no disco de gás situado em torno da jovem estrela: a mais forte evidência de que planetas recentemente formados se encontram em órbita desta estrela. Estes são considerados os primeiros planetas descobertos pelo ALMA.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mudou completamente a nossa maneira de ver os discos protoplanetários — as fábricas de planetas repletas de gás e poeira que rodeiam as estrelas jovens. Os anéis e espaços vazios nestes discos fornecem-nos evidências circunstanciais intrigantes da presença de protoplanetas [1]. No entanto, existem outros fenómenos que podem também ser responsáveis por estas estruturas.

Agora, e graças a uma técnica inovadora de procura de planetas que identifica padrões invulgares no fluxo de gás do disco de formação planetária situado em torno de uma estrela jovem, duas equipas de astrónomos confirmaram a existência de marcas distintas que apontam para planetas recém formados em órbita de uma estrela bebé [2].

“Ao medirmos o fluxo de gás no seio de um disco protoplanetário, temos mais certeza de que existem planetas em torno dessa estrela jovem,” disse Christophe Pinte da Universidade Monash, na Austrália, e do Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (Université de Grenoble-Alpes / CNRS), em França, e autor principal de um dos dois artigos científicos que descreve estes resultados. “Esta técnica oferece-nos uma nova direção para compreendermos melhor a formação de sistemas planetários.”

Para chegar a estes resultados, cada equipa analisou observações ALMA da HD 163296, uma estrela jovem situada a cerca de 330 anos-luz de distância da Terra na constelação do Sagitário [3]. Esta estrela tem cerca de duas vezes a massa do Sol mas tem apenas 4 milhões de anos de idade — ou seja, é cerca de mil vezes mais jovem que o nosso Sol.

“Resolvemos investigar o movimento do gás localizado, ou seja, a pequena escala, no disco protoplanetário da estrela, já que, com esta técnica completamente nova, poderíamos descobrir alguns dos mais jovens planetas na nossa galáxia, graças às imagens de alta resolução obtidas pelo ALMA,” disse Richard Teague, um astrónomo na Universidade de Michigan e autor principal do segundo artigo.

Em vez de se focarem na poeira situada no disco, a qual tinha já sido claramente observada pelo ALMA em observações anteriores, os astrónomos estudaram o gás de monóxido de carbono (CO) espalhado por todo o disco. As moléculas de CO emitem radiação bem distinta nos comprimentos de onda do milímetro, a qual pode ser observada pelo ALMA com grande detalhe. Variações subtis do comprimento de onda desta radiação, devido ao efeito Doppler, revelam movimentos do gás no disco.

A equipa liderada por Teague identificou dois planetas localizados aproximadamente a 12 e 21 mil milhões de km de distância da estrela. A outra equipa, liderada por Pinte, identificou um planeta a cerca de 39 mil milhões de km da estrela [4].

As duas equipas utilizaram variações da mesma técnica, a qual procura anomalias no fluxo do gás, evidenciadas pelos desvios nos comprimentos de onda da emissão de CO e que indicam que o gás está a interagir com um objeto massivo [5].

A técnica utilizada por Teague, que derivou variações médias no fluxo de gás tão pequenas como alguns %, revelou o impacto de vários planetas nos movimentos do gás situado mais próximo da estrela. A técnica usada por Pinte, que mede de forma mais direta o fluxo de gás, é mais adequada para estudar a parte mais externa do disco e permitiu aos investigadores localizar com mais precisão o terceiro planeta, no entanto restringe-se a maiores desvios no fluxo, isto é, maiores que cerca de 10%.

Em ambos os casos, os investigadores identificaram áreas onde o fluxo de gás não corresponde ao seu meio envolvente — um pouco como as correntes de um rio em torno de rochas na água. Ao analizar cuidadosamente este movimento, os cientistas puderam ver claramente a influência de corpos planetários com massa semelhante à de Júpiter.

Esta nova técnica permite aos astrónomos estimar de modo mais preciso massas protoplanetárias e tem menos probabilidade de produzir falsos positivos. “Começamos agora a levar o ALMA para a vanguarda da detecção de planetas,” disse o co-autor Ted Bergin da Universidade de Michigan.

Ambas as equipas continuam a refinar este método e irão aplicá-lo a outros discos, esperando-se assim compreender melhor como é que se formam as atmosferas e que elementos e moléculas estão presentes num planeta aquando do seu nascimento.

Notas

[1] Apesar de milhares de planetas terem já sido descobertos nas duas últimas décadas, a detecção de protoplanetas permanece na vanguarda da ciência, não tendo havido detecções claras até ao presente. As técnicas usadas atualmente para encontrar exoplanetas completamente formados em sistemas planetários — tais como medir os desvios de uma estrela ou o decréscimo da radiação estelar devido a um planeta em trânsito — não se prestam à detecção de protoplanetas.

[2] O movimento do gás em torno de uma estrela sem planetas apresenta um padrão muito simples e previsível (rotação de Kepler), que é praticamente impossível de alterar tanto coerentemente como localmente, por isso apenas a presença de um objeto relativamente massivo pode dar origem a tais distúrbios.

[3]  As imagens ALMA da HD 163296 e doutros sistemas semelhantes revelaram estranhos padrões de anéis concêntricos e espaços vazios nos discos protoplanetários. Estes espaços vazios apontam para a existência de protoplanetas que estão a varrer o gás e a poeira das suas órbitas, incorporando parte deles nas suas próprias atmosferas. Um estudo anterior deste disco em particular mostra que os espaços vazios na poeira e no gás se sobrepõem, sugerindo que pelo menos dois planetas se formaram nessa região.

No entanto, estas observações iniciais apenas forneceram evidências circunstanciais e não puderam ser usadas para estimar de forma precisa a massa dos planetas.

[4] O que corresponde a 80, 140 e 260 vezes a distância entre a Terra e o Sol.

[5] Esta técnica é semelhante à que levou à descoberta do planeta Neptuno no século XIX. Nesse caso particular, as anomalias no movimento do planeta Urano foram explicadas devido ao efeito gravitacional de um corpo desconhecido, que foi subsequentemente descoberto de forma visual em 1846 e tomou o lugar de oitavo planeta do Sistema Solar.

A técnica utilizada pela equipa de Pinte para determinar a presença do planeta baseia-se num estudo intitulado Planet formation signposts: observability of circumplanetary disks via gas kinematics de Perez et al., publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal Letters em 2015.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito em dois artigos científicos que serão publicados na mesma edição da revista da especialidade Astrophysical Journal Letters. O primeiro intitula-se “Kinematic evidence for an embedded protoplanet in a circumstellar disc”, de C. Pinte et al. e o segundo intitula-se “A Kinematic Detection of Two Unseen Jupiter Mass Embedded Protoplanets”, de R. Teague et al.

A equipa liderada por Pinte é composta por: C. Pinte (Monash University, Clayton, Victoria, Austrália; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, França), D. J. Price (Monash University, Clayton, Victoria, Austrália), F. Ménard (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, França), G. Duchêne (University of California, Berkeley California, EUA; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, França), W.R.F. Dent (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), T. Hill (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), A. Hales (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile; National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, EUA) e D. Mentiplay (Monash University, Clayton, Victoria, Austrália).

A equipa liderada por Teague é composta por: Richard D. Teague (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, EUA), Jaehan Bae (Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, EUA), Edwin A. Bergin (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, EUA), Tilman Birnstiel (University Observatory, Ludwig-Maximilians-Universität München, Munique, Alemanha) e Daniel Foreman- Mackey (Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, EUA).

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, surge no âmbito de uma parceria entre o ESO, a Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO em prol dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá (NRC) e do Conselho Nacional Científico da Ilha Formosa (NSC) e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Ilha Formosa e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI). A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos Estados Unidos (NRAO), que é gerido pela Associação de Universidades, Inc. (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório Conjunto ALMA (JAO) fornece uma liderança e gestão unificadas na construção, comissionamento e operação do ALMA.

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO tem 15 Estados Membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, para além do país de acolhimento, o Chile, e a Austrália, um parceiro estratégico. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo, para além de dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é também um parceiro principal em duas infraestruturas situadas no Chajnantor, o APEX e o ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

Links

• Artigo científico de Pinte et al. na Astrophysical Journal Letters
• Artigo científico de Teague et al. na Astrophysical Journal Letters
• Fotografias do ALMA

Contactos

Christophe Pinte
Monash University
Clayton, Victoria, Australia
Tel: +61 4 90 30 24 18
Email: christophe.pinte@univ-grenoble-alpes.fr

Richard Teague
University of Michigan
Ann Arbor, Michigan, USA
Tel: +1 734 764 3440
Email: rteague@umich.edu

Calum Turner
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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1818, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.