Impressão artística de gás fluindo como uma cachoeira em uma lacuna de disco protoplanetário, que é provavelmente causado por um planeta infantil. Crédito:NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Os locais de nascimento dos planetas são discos feitos de gás e poeira. Os astrônomos estudam esses chamados discos protoplanetários para entender os processos de formação do planeta. Belas imagens de discos feitas com o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), como lacunas e anéis distintos na poeira, que pode ser causado por planetas infantis.
Para ter mais certeza de que essas lacunas são realmente causadas por planetas, e para obter uma visão mais completa da formação do planeta, os cientistas estudam o gás nos discos além da poeira. 99 por cento da massa de um disco protoplanetário é gás, dos quais o gás monóxido de carbono (CO) é o componente mais brilhante, emitindo em uma luz de comprimento de onda milimétrica muito distinta que o ALMA pode observar.
Ano passado, duas equipes de astrônomos demonstraram uma nova técnica de caça a planetas usando esse gás. Eles mediram a velocidade do gás CO girando no disco ao redor da jovem estrela HD 163296. Perturbações localizadas nos movimentos do gás revelaram três padrões semelhantes aos de planetas no disco.
Neste novo estudo, o autor principal Richard Teague, da Universidade de Michigan, e sua equipe usaram novos dados ALMA de alta resolução do Projeto de Substruturas de Disco em Alta Resolução Angular (DSHARP) para estudar a velocidade do gás em mais detalhes. "Com os dados de alta fidelidade deste programa, fomos capazes de medir a velocidade do gás em três direções em vez de apenas uma, "disse Teague." Pela primeira vez, medimos o movimento do gás girando em torno da estrela, em direção ou longe da estrela, e para cima ou para baixo no disco. "
Fluxos de gás exclusivos
Teague e seus colegas viram o gás movendo-se das camadas superiores em direção ao meio do disco em três locais diferentes. "O que provavelmente acontece é que um planeta em órbita ao redor da estrela empurra o gás e a poeira para o lado, abrindo uma lacuna, "Teague explicou." O gás acima da lacuna, em seguida, colapsa como uma cachoeira, causando um fluxo rotacional de gás no disco. "
Esta é a melhor evidência até o momento de que de fato existem planetas sendo formados em torno de HD 163296. Mas os astrônomos não podem dizer com cem por cento de certeza que os fluxos de gás são causados por planetas. Por exemplo, o campo magnético da estrela também pode causar distúrbios no gás. "Agora mesmo, apenas uma observação direta dos planetas poderia descartar as outras opções. Mas os padrões desses fluxos de gás são únicos e é muito provável que só possam ser causados por planetas, "disse o co-autor Jaehan Bae da Carnegie Institution for Science, que testou esta teoria com uma simulação de computador do disco.
A localização dos três planetas previstos neste estudo correspondem aos resultados do ano passado:eles estão provavelmente localizados em 87, 140 e 237 AU. (Uma unidade astronômica - UA - é a distância média da Terra ao Sol.) O planeta mais próximo de HD 163296 é calculado como a metade da massa de Júpiter, o planeta do meio é a massa de Júpiter, e o planeta mais distante tem o dobro da massa de Júpiter.
Uma concepção artística do disco de gás e poeira girando em torno da jovem estrela HD 163296. O gás pode ser visto em cascata em lacunas no disco - provavelmente indicando a formação de planetas bebês nesses locais. Crédito:Robin Dienel, Carnegie Institution for Science.
Os cientistas mediram o movimento do gás (setas) em um disco protoplanetário em três direções:girando em torno da estrela, na direção ou longe da estrela, e para cima ou para baixo no disco. A inserção mostra um close-up de onde um planeta em órbita ao redor da estrela empurra o gás e a poeira para o lado, abrindo uma lacuna. Crédito:NRAO / AUI / NSF, B. Saxton
Atmosferas planetárias
Os fluxos de gás da superfície em direção ao plano médio do disco protoplanetário foram previstos por modelos teóricos que existem desde o final dos anos 90, mas esta é a primeira vez que eles foram observados. Eles não só podem ser usados para detectar planetas infantis, eles também moldam nossa compreensão de como os planetas gigantes gasosos obtêm suas atmosferas.
"Os planetas se formam na camada intermediária do disco, o chamado plano médio. Este é um lugar frio, protegido da radiação da estrela, "Teague explicou." Achamos que as lacunas causadas pelos planetas trazem gás mais quente das camadas externas mais quimicamente ativas do disco, e que esse gás formará a atmosfera do planeta. "
Teague e sua equipe não esperavam que pudessem ver esse fenômeno. "O disco em torno do HD 163296 é o maior e mais brilhante disco que podemos ver com o ALMA, "disse Teague." Mas foi uma grande surpresa ver realmente esses fluxos de gás tão claramente. Os discos parecem ser muito mais dinâmicos do que pensávamos. "
"Isso nos dá uma imagem muito mais completa da formação do planeta do que jamais sonhamos, "disse o co-autor Ted Bergin, da Universidade de Michigan." Ao caracterizar esses fluxos, podemos determinar como planetas como Júpiter nascem e caracterizar sua composição química no nascimento. Podemos ser capazes de usar isso para rastrear o local de nascimento desses planetas, pois eles podem se mover durante a formação. "
