Astrônomos lançaram este mês a maior coleção de objetos pontiagudos, imagens detalhadas de discos de destroços em torno de estrelas jovens, mostrando a grande variedade de formas e tamanhos de sistemas estelares durante seus primeiros anos de formação de planetas. Surpreendentemente, quase todos mostraram evidências de planetas.

As imagens foram obtidas em um período de quatro anos por um instrumento de precisão, o Gemini Planet Imager (GPI), montado no telescópio Gemini South de 8 metros no Chile. O GPI usa um sistema óptico adaptativo de última geração para remover o desfoque atmosférico, fornecendo as imagens mais nítidas de muitos desses discos.

Instrumentos baseados em solo como GPI, que está sendo atualizado para conduzir observações semelhantes no céu do norte do Gemini North Telescope no Havaí, pode ser uma maneira de filtrar estrelas com discos de detritos suspeitos para determinar quais valem a pena mirar por meio de mais poderosos, mas caro, telescópios para encontrar planetas, em particular, planetas habitáveis. Vários 20-, Telescópios de 30 e 40 metros, como o Telescópio Gigante de Magalhães e o Telescópio Extremamente Grande, estará online nas próximas décadas, enquanto o Telescópio Espacial James Webb em órbita deverá ser lançado em 2021.

"Muitas vezes é mais fácil detectar o disco cheio de poeira do que os planetas, então você detecta a poeira primeiro e então sabe que deve apontar seu Telescópio Espacial James Webb ou seu Telescópio Espacial Nancy Grace Roman para esses sistemas, reduzindo o número de estrelas que você tem que vasculhar para encontrar esses planetas em primeiro lugar, "disse Tom Esposito, um pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley.

Esposito é o primeiro autor de um artigo que descreve os resultados que apareceu em 15 de junho em The Astronomical Journal .

Cinturões de cometas em torno de outras estrelas

Os discos de detritos nas imagens são equivalentes ao Cinturão de Kuiper em nosso sistema solar, um reino gelado cerca de 40 vezes mais distante do sol do que a Terra - além da órbita de Netuno - e cheio de rochas, poeira e gelo que nunca se tornaram parte de qualquer planeta em nosso sistema solar. Os cometas do cinturão - bolas de gelo e rocha - varrem periodicamente o sistema solar interno, ocasionalmente causando estragos na Terra, mas também entregando materiais relacionados à vida, como água, carbono e oxigênio.

Das 26 imagens de discos de detritos obtidas pelo Gemini Planet Imager (GPI), 25 tinham "buracos" ao redor da estrela central que provavelmente foram criados por planetas varrendo rochas e poeira. Sete dos 26 eram desconhecidos; as imagens anteriores das outras 19 não eram tão nítidas quanto as do GPI e muitas vezes não tinham resolução para detectar um orifício interno. A pesquisa dobra o número de discos de detritos registrados em alta resolução.

"Uma das coisas que descobrimos é que esses chamados discos são, na verdade, anéis com clareiras internas, "disse Esposito, que também é pesquisador do Instituto SETI em Mountain View, Califórnia. "O GPI teve uma visão clara das regiões internas próximas à estrela, Considerando que no passado, observações do Telescópio Espacial Hubble e instrumentos mais antigos do solo não conseguiam ver perto o suficiente da estrela para ver o buraco ao seu redor. "

O GPI incorpora um coronógrafo que bloqueia a luz da estrela, permitindo-lhe ver tão perto quanto uma unidade astronômica (UA) da estrela, ou a distância da Terra ao nosso sol:93 milhões de milhas.

O GPI teve como alvo 104 estrelas que eram excepcionalmente brilhantes em luz infravermelha, indicando que eles foram cercados por detritos refletindo a luz da estrela ou aquecidos pela estrela. O instrumento registrou luz polarizada perto do infravermelho espalhada por pequenas partículas de poeira, cerca de um milésimo de milímetro (1 mícron) de tamanho, provavelmente o resultado de colisões entre rochas maiores em um disco de detritos.

"Não houve uma pesquisa sistemática de discos de destroços jovens quase desse tamanho, olhando com o mesmo instrumento, usando os mesmos modos e métodos de observação, "Esposito disse." Detectamos esses 26 discos de detritos com qualidade de dados muito consistente, onde podemos realmente comparar as observações, algo que é único em termos de pesquisas de disco de detritos. "

Os sete discos de detritos nunca antes fotografados desta maneira estavam entre os 13 discos em torno de estrelas movendo-se juntas pela Via Láctea, membros de um grupo chamado associação estelar Scorpius-Centaurus, que está localizado entre 100 e 140 parsecs da Terra, ou cerca de 400 anos-luz.

"É como o local de pesca perfeito; nossa taxa de sucesso foi muito maior do que qualquer outra coisa que já fizemos, "disse Paul Kalas, um professor adjunto de astronomia da UC Berkeley que é o segundo autor do artigo. Como todas as sete estão em torno de estrelas que nasceram na mesma região quase ao mesmo tempo, "esse grupo em si é um mini-laboratório onde podemos comparar e contrastar as arquiteturas de muitos berçários planetários que se desenvolvem simultaneamente sob uma variedade de condições, algo que realmente não tínhamos antes, "Esposito acrescentou.

Das 104 estrelas observadas, 75 não tinha disco com tamanho ou densidade que o GPI pudesse detectar, embora eles possam muito bem estar rodeados por detritos que sobraram da formação do planeta. Três outras estrelas foram observadas em discos hospedeiros pertencentes à fase "protoplanetária" anterior da evolução.

Como era nosso sistema solar em sua infância?

A extensão dos discos de detritos variou amplamente, mas a maioria variou entre 20 e 100 UA. Eram em torno de estrelas com idades entre dezenas de milhões de anos e algumas centenas de milhões de anos, um período muito dinâmico para a evolução dos planetas. A maioria era maior e mais brilhante que o sol.

A única estrela, HD 156623, que não tinha um buraco no centro do disco de detritos era um dos mais jovens do grupo, que se encaixa com as teorias de como os planetas se formam. Inicialmente, o disco protoplanetário deve ser relativamente uniforme, mas conforme o sistema envelhece, planetas se formam e varrem a parte interna do disco.

"Quando olhamos para discos circunstelares mais jovens, como discos protoplanetários que estão em uma fase anterior de evolução, quando os planetas estão se formando, ou antes que os planetas comecem a se formar, há muito gás e poeira nas áreas onde encontramos esses buracos nos discos de detritos mais antigos, "Esposito disse." Algo removeu esse material com o tempo, e uma das maneiras de fazer isso é com planetas. "

Como a luz polarizada dos discos de detritos pode teoricamente dizer aos astrônomos a composição da poeira, Esposito espera refinar modelos para prever a composição, em particular, para detectar água, que é considerada uma condição para a vida.

Estudos como esses podem ajudar a responder a uma questão persistente sobre nosso próprio sistema solar, Kalas disse.

"Se você atrasar o relógio de nosso próprio sistema solar em 4,5 bilhões de anos, qual desses discos éramos? Se fossemos um anel estreito, ou éramos uma bolha difusa? ", disse ele." Seria ótimo saber como éramos naquela época para compreender nossas próprias origens. Essa é a grande questão sem resposta. "