Nota de Imprensa

Astrónomos descobrem nova ligação entre água e formação planetária

29 de Fevereiro de 2024

Os investigadores descobriram vapor de água no disco que rodeia uma estrela jovem, exatamente numa região onde se podem estar a formar planetas. Para além de ser um ingrediente chave para a vida na Terra, pensa-se que a água desempenha também um papel importante na formação planetária. No entanto, até agora, nunca tínhamos conseguido mapear a forma como a água se distribui num disco frio e estável — o tipo de disco que oferece as condições mais favoráveis para a formação de planetas em torno de estrelas. Os novos resultados foram obtidos com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é um parceiro.

"Nunca imaginei que pudéssemos obter uma imagem de oceanos de vapor de água na mesma região em que um planeta se está provavelmente a formar", afirma Stefano Facchini, astrónomo da Universidade de Milão, na Itália, que liderou o estudo publicado hoje na revista da especialidade Nature Astronomy. As observações revelam, pelo menos, três vezes mais água do que em todos os oceanos da Terra, no disco interior de HL Tauri, uma estrela jovem semelhante ao Sol, situada a 450 anos-luz de distância da Terra, na constelação do Touro.

"É verdadeiramente notável que possamos não só detectar mas também obter imagens detalhadas e resolver espacialmente o vapor de água a uma distância de 450 anos-luz", acrescenta o co-autor Leonardo Testi, astrónomo da Universidade de Bolonha, na Itália. As observações ALMA "espacialmente resolvidas" permitem aos astrónomos determinar a distribuição da água em diferentes regiões do disco. "Participar numa descoberta tão importante como esta no icónico disco de HL Tauri foi muito mais do que eu estava à espera para a minha primeira experiência de investigação em astronomia," acrescenta Mathieu Vander Donckt da Universidade de Liège, na Bélgica, que era estudante de mestrado quando participou neste trabalho de investigação.

Foi encontrada uma quantidade significativa de água na região onde existe uma lacuna conhecida no disco de HL Tauri. Estas lacunas em forma de anel são “esculpidas” em discos ricos em gás e poeira por corpos jovens semelhantes a planetas, em órbita da estrela progenitora, à medida que estes vão acumulando material e crescendo. "As nossas imagens recentes revelam uma quantidade substancial de vapor de água a uma série de distâncias da estrela que incluem um espaço onde um planeta se pode estar a formar atualmente", diz Facchini, o que sugere que este vapor de água poderá afetar a composição química dos planetas que se estão a formar nessas regiões.

Observar água com um telescópio colocado no solo não é uma tarefa fácil, uma vez que o vapor de água que existe em abundância na atmosfera terrestre degrada os sinais astronómicos. O ALMA, operado pelo ESO em conjunto com os seus parceiros internacionais, é uma rede de telescópios instalada no deserto chileno do Atacama, a cerca de 5000 metros de altitude, e que foi construída num ambiente alto e seco especificamente para minimizar esta degradação, proporcionando condições de observação excecionais. "Até à data, o ALMA é a única infraestrutura de que dispomos capaz de resolver espacialmente a água num disco frio de formação planetária", diz o co-autor Wouter Vlemmings, professor na Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia [1].

"É verdadeiramente excitante testemunhar diretamente, numa imagem, moléculas de água a serem libertadas de partículas de poeira gelada”, diz Elizabeth Humphreys, uma astrónoma do ESO que também participou neste estudo. Os grãos de poeira que compõem um disco são as sementes da formação planetária, colidindo e aglomerando-se em corpos cada vez maiores que orbitam a estrela. Os astrónomos acreditam que em locais suficientemente frios, onde a água congela nos grãos de poeira, as partículas aderem mais eficientemente — um local ideal para a formação de planetas. "Os nossos resultados mostram como a presença da água pode influenciar o desenvolvimento de um sistema planetário, tal como aconteceu há cerca de 4,5 mil milhões de anos no nosso próprio Sistema Solar", acrescenta Facchini.

Com as atualizacões que estão a decorrer no ALMA e com o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO a entrar em funcionamento antes do final desta década, a formação planetária e o papel que a água desempenha nessa formação tornar-se-ão mais claros do que nunca. Em particular, o instrumento METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph), dará aos astrónomos uma visão sem igual das regiões internas dos discos de formação planetária, os locais onde se formam planetas como a Terra.

Notas

[1] As novas observações utilizaram os recetores de Banda 5 e de Banda 7 do ALMA. As Bandas 5 e 7 foram desenvolvimentos europeus, na Chalmers/NOVA (Netherlands Research School for Astronomy) e no IRAM (Institut de radioastronomie millimétrique), respetivamente, com o envolvimento do ESO. A Banda 5 fez expandir o ALMA para uma nova gama de frequências específica para a deteção e obtenção de imagens de água no Universo local. Neste estudo, a equipa observou três riscas espectrais de água nas duas gamas de frequência do recetor, de modo a mapear o gás a diferentes temperaturas dentro do disco.

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi descrito num artigo científico intitulado “Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk”, publicado na revista da especialidade Nature Astronomy (doi:10.1038/s41550-024-02207-w).

A equipa é composta por: S. Facchini (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Itália), L. Testi (Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi”, Università di Bologna, Itália), E. Humphreys (Observatório Europeu do Sul, Alemanha, Joint ALMA Observatory, Chile; Observatório Europeu do Sul, Vitacura, Chile), M. Vander Donckt (Space sciences, Technologies & Astrophysics Research (STAR) Institute, Universidade de Liège, Bélgica), A. Isella (Department of Physics and Astronomy, Rice University, EUA [Rice]), R. Wrzosek (Rice), A. Baudry (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. de Bordeaux, CNRS, França), M. D. Gray (Instituto Nacional de Investigação Astronómica da Tailândia, Tailândia), A. M. S. Richards (JBCA, University of Manchester, Reino Unido), W. Vlemmings (Departamento do Espaço, Terra e Ambiente, Universidade de Tecnologia de Chalmers, Suécia).

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, surge no âmbito de uma parceria entre o ESO, a Fundação Nacional de Ciências 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 o Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia da Taiwan e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Taiwan 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 Observatório Europeu do Sul (ESO) ajuda cientistas de todo o mundo a descobrir os segredos do Universo, o que, consequentemente, beneficia toda a sociedade. No ESO concebemos, construimos e operamos observatórios terrestres de vanguarda — os quais são usados pelos astrónomos para investigar as maiores questões astronómicas da nossa época e levar ao público o fascínio da astronomia — e promovemos colaborações internacionais em astronomia. Estabelecido como uma organização intergovernamental em 1962, o ESO é hoje apoiado por 16 Estados Membros (Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça), para além do Chile, o país de acolhimento, e da Austrália como Parceiro Estratégico. A Sede do ESO e o seu centro de visitantes e planetário, o Supernova do ESO, situam-se perto de Munique, na Alemanha, enquanto o deserto chileno do Atacama, um lugar extraordinário com condições únicas para a observação dos céus, acolhe os nossos telescópios. O ESO mantém em funcionamento três observatórios: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como telescópios de rastreio, tal como o VISTA. Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo. Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infraestruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro. No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO. Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso2404, 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.