Uma colaboração internacional de cientistas usando o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) concluiu o mais extenso mapeamento da composição química dos discos protoplanetários em torno de cinco estrelas jovens próximas em alta resolução, produzindo imagens que capturam a composição molecular associada aos nascimentos planetários, e um roteiro para estudos futuros da composição das regiões formadoras de planetas e cometas. O novo estudo abre pistas sobre o papel das moléculas na formação do sistema planetário, e se esses jovens sistemas planetários em formação têm tudo para hospedar a vida. Os resultados do programa, apropriadamente chamado de MAPS, ou moléculas com ALMA em escalas de formação de planetas, aparecerá na próxima edição especial de 20 artigos do Astrophysical Journal Supplement Series.

Os planetas se formam em discos de poeira e gás chamados discos protoplanetários ao redor de estrelas jovens. A composição química desses discos pode ter um impacto sobre os próprios planetas, incluindo como e onde ocorre a formação planetária, a composição química dos planetas, e se esses planetas têm a composição orgânica necessária para sustentar a vida. O MAPS olhou especificamente para os discos protoplanetários ao redor das estrelas jovens IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296, e MWC 480, onde evidências de formação de planetas em andamento já foram detectadas. O projeto levou a várias descobertas empolgantes, incluindo uma ligação entre poeira e subestruturas químicas e a presença de grandes reservatórios de moléculas orgânicas nas regiões internas do disco das estrelas.

"Com o ALMA, pudemos ver como as moléculas são distribuídas onde os exoplanetas estão se reunindo atualmente, "disse Karin Öberg, um astrônomo do Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian (CfA) e o Investigador Principal da MAPS. "Uma das coisas realmente empolgantes que vimos é que os discos de formação de planetas em torno dessas cinco estrelas jovens são fábricas de uma classe especial de moléculas orgânicas, os chamados nitrilos, que estão implicados nas origens da vida aqui na Terra. "

Moléculas orgânicas simples como HCN, C2H, e H2CO foram observados ao longo do projeto em detalhes sem precedentes, graças à sensibilidade e poder de resolução dos receptores Banda 3 e Banda 6 do ALMA. "Em particular, pudemos observar a quantidade de pequenas moléculas orgânicas nas regiões internas dos discos, onde os planetas rochosos estão provavelmente se reunindo, "disse Viviana V. Guzmán, astrônomo do Instituto de Astrofísica da Pontificia Universidad Católica de Chile, autor principal do MAPS VI e co-investigador principal do MAPS. "Estamos descobrindo que nosso próprio sistema solar não é particularmente único, e que outros sistemas planetários em torno de outras estrelas têm ingredientes básicos suficientes para formar os blocos de construção da vida. "

Os cientistas também observaram moléculas orgânicas mais complexas como HC3N, CH3CN, e c-C3H2 - notavelmente aqueles contendo carbono, e, portanto, com maior probabilidade de atuar como matéria-prima de maior, moléculas prebióticas. Embora essas moléculas tenham sido detectadas em discos protoplanetários antes, O MAPS é o primeiro estudo sistemático em vários discos em alta resolução espacial e sensibilidade, e o primeiro estudo a encontrar as moléculas em pequenas escalas e em quantidades tão significativas. "Encontramos mais moléculas orgânicas grandes do que o esperado, um fator de 10 a 100 a mais, localizado nos discos internos em escalas do sistema solar, e sua química parece semelhante à dos cometas do sistema solar, "disse John Ilee, astrônomo da Universidade de Leeds e principal autor do MAPS IX. "A presença dessas grandes moléculas orgânicas é significativa porque elas são os degraus entre as moléculas mais simples à base de carbono, como o monóxido de carbono, que é encontrado em abundância no espaço, e as moléculas mais complexas que são necessárias para criar e sustentar a vida. "

As moléculas não são distribuídas uniformemente pelos discos formadores de planetas, Contudo, conforme evidenciado no MAPS III e IV, que revelou que, embora as composições gerais do disco pareçam ser semelhantes às do sistema solar, ampliar em alta resolução revela alguma diversidade na composição que pode resultar em diferenças de planeta para planeta. "O gás molecular em discos protoplanetários é frequentemente encontrado em conjuntos de anéis e lacunas distintas, "disse Charles Law, Astrônomo do CfA e autor principal do MAPS III e IV. "Mas o mesmo disco observado em diferentes linhas de emissão molecular muitas vezes parece completamente diferente, com cada disco tendo múltiplas faces moleculares. Isso também significa que planetas em discos diferentes ou mesmo no mesmo disco em locais diferentes podem se formar em ambientes químicos radicalmente diferentes. "Isso significa que alguns planetas se formam com as ferramentas necessárias para construir e sustentar a vida, enquanto outros planetas próximos não podem.

Um desses ambientes radicalmente diferentes ocorre no espaço em torno de planetas semelhantes a Júpiter, onde os cientistas descobriram que o gás é pobre em carbono, oxigênio, e elementos mais pesados, embora rico em hidrocarbonetos, como o metano. "A química que é vista em discos protoplanetários deve ser herdada pela formação de planetas, "disse Arthur Bosman, astrônomo da Universidade de Michigan e autor principal do MAPS VII. "Nossas descobertas sugerem que muitos gigantes gasosos podem se formar com atmosferas extremamente pobres em oxigênio (ricas em carbono), desafiando as expectativas atuais das composições dos planetas. "

Tomados todos juntos, O MAPS está fornecendo exatamente isso:um mapa para os cientistas seguirem, conectando os pontos entre o gás e a poeira em um disco protoplanetário e os planetas que eventualmente se formam a partir deles para criar um sistema planetário. "A composição de um planeta é um registro da localização no disco em que foi formado, "disse Bosman." Conectar o planeta e a composição do disco nos permite perscrutar a história de um planeta e nos ajuda a entender as forças que o formaram. "

Joe Pesce, astrônomo e oficial do programa ALMA da National Science Foundation (NSF) diz:"Se a vida existe fora da Terra é uma das questões fundamentais da humanidade. Agora sabemos que os planetas são encontrados em todos os lugares, e o próximo passo é determinar se eles têm as condições necessárias para a vida como a conhecemos (e quão comum essa situação pode ser). O programa MAPS nos ajudará a responder melhor a essas perguntas. A busca do ALMA por precursores de vida longe da Terra complementa estudos realizados em laboratórios, e em lugares como fontes hidrotermais na Terra. "

Öberg diz, "O MAPS é o culminar de décadas de trabalho na química dos discos formadores de planetas por cientistas usando o ALMA e seus precursores. Embora o MAPS tenha pesquisado apenas cinco discos até o momento, não tínhamos ideia de como esses discos eram quimicamente complexos e visualmente impressionantes até agora. O MAPS respondeu pela primeira vez a perguntas que não poderíamos imaginar fazer décadas atrás, e também nos apresentou muitas outras perguntas para responder. "