Uma visão expandida da parte central da região desmatada em torno de LkCa 15, mostrando uma composição de duas imagens reconstruídas (azul:2,1 mícrons, de novembro de 2010; vermelho:3,7 mícrons) para LkCa 15. A localização da estrela central também está marcada. Crédito:Kraus e Irlanda, 2011
Astrônomos usando a potência combinada de dois telescópios do Havaí foram inovadores, novas imagens nítidas de um sistema planetário distante que provavelmente se assemelha a uma versão infantil de nosso sistema solar.
Usando o Telescópio Subaru e o Observatório W. M. Keck, a equipe obteve e analisou dados para uma estrela infantil semelhante ao Sol chamada LkCa 15. Estudos anteriores usando um método de interferometria avançado inferiram que três planetas infantis orbitam esta estrela. Contudo, para este método, determinar exatamente quanta luz vem de um planeta em comparação com outras fontes, como um disco, pode ser particularmente difícil. Novos dados do Subaru e do Observatório Keck parecem resolver esse mistério; a maior parte da luz que se pensa vir dos três planetas candidatos parece originar-se de um disco de gás e poeira.
"LkCa 15 é um sistema altamente complexo, "disse Thayne Currie, principal autor do estudo e astrofísico do NASA-Ames Research Center e do Subaru Telescope. "Antes de analisar nossos dados Keck &Subaru e receber os mesmos dados anteriores de mascaramento de abertura, também teríamos concluído que LkCa 15 tem três planetas superjovianos detectados. "
Os resultados da equipe serão publicados em breve em The Astrophysical Journal Letters .
LkCa 15 é cercado por um disco protoplanetário maciço feito de gás e poeira, que são os blocos de construção dos planetas. A análise inicial deste disco mostrou que ele tem uma grande cavidade sem poeira - um sinal revelador de que muito do material do disco já foi incorporado ao maciço, em desenvolvimento de embriões planetários, ou "protoplanetas". Embora o estudo exclua planetas superjovianos muito brilhantes, Currie diz que é provável que seja mais fraco, planetas menos massivos podem estar no sistema LkCa 15:talvez aqueles como Júpiter e Saturno.
"Os planetas deste sistema solar infantil podem, na verdade, ser muito mais parecidos com nosso próprio sistema solar do que se pensava. Eles certamente estão lá em algum lugar, possivelmente embutido no disco. Continuaremos tentando encontrá-los, "disse Currie.
Metodologia
Os resultados foram feitos usando imagens de alta resolução do sistema LkCa 15 obtidas de instrumentos complementares em Maunakea. Na Subaru, os pesquisadores usaram um novo instrumento de imagem planetária de ponta - o sistema Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) acoplado ao espectrógrafo de campo integral CHARIS para obter imagens extremamente nítidas em comprimentos de onda do infravermelho próximo. A equipe também usou o poderoso sistema de óptica adaptativa do Observatório Keck e a câmera de infravermelho próximo (NIRC2) para obter novas imagens nítidas por mais tempo, comprimentos de onda infravermelhos térmicos onde os planetas jovens emitem mais luz.
A equipe também obteve uma visão 'antes e depois' do sistema acessando o Arquivo do Observatório Keck (KOA) para encontrar dados NIRC2 obtidos para LkCa 15 de 2009 - mais de oito anos antes das imagens SCExAO / CHARIS e NIRC2 mais recentes. O KOA é um repositório de acesso público de todos os dados de alto valor obtidos no Observatório e é operado pelo Observatório Keck em parceria com o Instituto de Ciência de Exoplanetas da NASA (NExScI) em Caltech.
Figura 1 - Imagem do Observatório Keck / NIRC2 da estrela semelhante ao Sol LkCa 15 obtida a partir de dados coletados em novembro de 2009 e recuperados do Arquivo do Observatório Keck (canto superior esquerdo) e em dezembro de 2017 (canto inferior esquerdo). Ambas as imagens mostram dois arcos de luz consistentes com dois componentes do disco circunstelar de LkCa 15. Os painéis da direita mostram as imagens de 2009 e 2017 do arco de luz mais interno de três planetas ao redor de LkCa 15. O norte está para cima e o leste fica nas imagens. A estrela está a cerca de 500 anos-luz da Terra. A luz em torno de LkCa 15 pode ser vista a uma distância de ~ 9 au da estrela (região mascarada em azul escuro no painel superior direito; distância do Sol a Saturno); o arco de luz mais interno se estende até ~ 0,2 ”ou ~ 30 au (distância do Sol a Plutão). Enquanto a luz combinada dos planetas simulados é mesclada, os dados do NIRC2 mostrariam evidências de seu movimento orbital se os planetas estivessem presentes nesses dados. A análise dos dados Keck / NIRC2 mostra que a maior parte da luz em torno do LkCa 15 vem do material do disco em vez de planetas. Crédito:Observatório W. M. Keck
Os dados combinados mostraram que a maior parte da luz ao redor do LkCa 15 se origina de uma estrutura estendida em forma de arco - a borda visível de outro componente do disco do LkCa 15. Este arco tem o mesmo brilho anteriormente atribuído aos planetas em torno de LkCa 15.
Os dados KOA de quase uma década para LkCa 15 desempenham um papel único na compreensão deste sistema planetário. Quando comparados com os novos dados do Observatório Keck e do Telescópio Subaru, os dados KOA também mostraram que a luz emitida pela estrutura em forma de arco do LkCa 15 é estática ao longo de oito anos.
"Isso é consistente com um estrutura semelhante a um disco. Sem o KOA, não teríamos sido capazes de saber este fato fundamental, "disse Currie.
"É ótimo ver esses novos dados da Keck e Subaru combinados com os dados do KOA, "disse John O'Meara, cientista-chefe do Observatório Keck. “Este resultado mostra a importância do KOA, e é uma grande demonstração de como novas descobertas podem ser feitas com dados 'antigos'. "
Próximos passos
A equipe continuará sua busca por protoplanetas em LkCa 15, visto que é amplamente considerado um excelente laboratório para estudar a formação de planetas. Embora encontrar esses planetas obscuros e separar sua luz do disco de LkCa 15 seja um desafio, há um caminho claro a seguir.
Recentemente, O Observatório Keck melhorou substancialmente a capacidade de imagem do planeta do NIRC2 como parte do projeto Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). O sistema foi equipado com uma nova câmera para melhorar a nitidez das imagens de vermelho, desmaiar, estrelas distantes como LkCa 15 e coronógrafos para bloquear melhor o brilho da luz das estrelas que nos impede de ver planetas facilmente.
De forma similar, O SCExAO também está sendo atualizado com câmeras adicionais para melhor identificar planetas mais fracos próximos de suas estrelas. Esses aprimoramentos podem permitir que o KPIC e o SCExAO vejam planetas semelhantes a Júpiter em órbitas semelhantes a Saturno movendo-se contra o fundo do disco do LkCa 15.
Mais adiante, no futuro, um sucessor de SCExAO e KPIC no próximo Thirty Meter Telescope em Maunakea - o gerador de imagens de sistemas planetários - poderia criar imagens e caracterizar massas ainda mais baixas, planetas mais fracos em torno de LkCa 15 em órbitas semelhantes a Marte-Júpiter.
Instrumentos de imagem planetária de última geração, como SCExAO e KPIC "abrem a porta para uma melhor compreensão da origem e evolução dos sistemas planetários, e se a história do nosso próprio sistema solar é comum ou rara, "disse Motohide Tamura, o Diretor do Centro de Astrobiologia dos Institutos Nacionais de Ciências Naturais do Japão e co-autor deste estudo.
