Planetas gigantes que se desenvolveram no início da vida de um sistema estelar podem resolver um mistério de por que estruturas espirais não são observadas em discos protoplanetários jovens, de acordo com um novo estudo realizado por astrônomos da Universidade de Warwick.

A pesquisa, publicado hoje no Cartas de jornal astrofísico e parte apoiada pela Royal Society, fornece uma explicação para a falta de estrutura em espiral que os astrônomos esperam ver em discos protoplanetários ao redor de estrelas jovens que também sugere que os cientistas podem ter que reavaliar a rapidez com que os planetas se formam no ciclo de vida de um disco.

Os discos protoplanetários são o berço dos planetas, abrigando o material que acabará por se aglutinar no conjunto de planetas que vemos no Universo. Quando esses discos são jovens, eles formam estruturas espirais, com toda a sua poeira e material arrastados para braços densos pelo efeito gravitacional massivo do disco girando. Um efeito semelhante ocorre no nível galáctico, daí porque vemos galáxias espirais como a nossa, a via Láctea.

Ao longo de três a dez milhões de anos, o material do disco se junta para formar planetas, cai na estrela que está orbitando ou apenas se dispersa no espaço através dos ventos que saem do disco. Quando um disco é jovem, ele gravita por si mesmo, e o material dentro dele forma uma estrutura espiral que perde quando se torna gravitacionalmente estável. Os jovens planetas que se desenvolvem esculpem lacunas no disco à medida que consomem e dispersam material em seu caminho, resultando nas características de 'anel e lacuna' que os astrônomos mais comumente veem em discos protoplanetários.

Mas os astrônomos têm lutado para explicar as observações de discos protoplanetários jovens que não mostram sinais de espirais, mas em vez disso, parece um disco muito mais antigo com uma estrutura de anel e lacuna. Para fornecer uma explicação, Sahl Rowther e a Dra. Farzana Meru do Departamento de Física da University of Warwick conduziram simulações de computador de planetas massivos em discos jovens para determinar o que aconteceria quando eles interagissem.

Eles descobriram que um planeta gigante, cerca de três vezes a massa de Júpiter, a migração das regiões externas do disco em direção à sua estrela causaria perturbação suficiente para destruir a estrutura espiral do disco, com resultados muito semelhantes aos discos observados pelos astrônomos. Contudo, para estarem presentes no estágio espiral do disco, esses planetas teriam que se formar rapidamente e no início do ciclo de vida do disco.

Autor principal Sahl Rowther, Ph.D. estudante do Departamento de Física, disse:"Quando os discos são jovens, esperamos que sejam maciços com estruturas espirais. Mas não vemos isso nas observações.

"Nossas simulações sugerem que um planeta massivo em um desses discos jovens pode realmente encurtar o tempo gasto na fase espiral autogravitante para uma que se pareça mais com algumas das observações que os astrônomos estão vendo.

A coautora Dra. Farzana Meru do Departamento de Física acrescenta:"Se alguns desses discos que os astrônomos estão observando foram recentemente autogravitados, isso sugere que eles formaram um planeta enquanto o disco ainda era jovem. disco protoplanetário tem muito menos do que meio milhão de anos, o que significa que o planeta teria que se formar incrivelmente rápido.

"Independentemente de qual mecanismo explica como esses planetas se formam, isso provavelmente significa que temos que considerar que os planetas se formam muito mais rápido do que se pensava originalmente. "

Suas simulações modelaram um planeta gigante nas regiões externas de um disco protoplanetário à medida que migra para dentro, um processo que os astrônomos esperam ver à medida que o torque empurra o planeta para dentro enquanto ele troca o momento angular com o gás no disco. Isso também significa que o planeta iria interagir e interromper uma grande proporção do disco e ser massivo o suficiente para abrir uma lacuna no gás, resultando na estrutura de anel e lacuna.

Sahl Rowther acrescenta:"Isso é empolgante, dadas as incógnitas associadas às massas de discos observados. Se discos maciços com estruturas de anel e lacuna são comuns, poderia fornecer mais caminhos para explicar arquiteturas de disco.

"Nossos resultados sugerem que pode até ser possível ver sinais desses planetas gigantes, dadas as condições e tecnologia adequadas. O próximo estágio de nossa pesquisa será determinar quais são essas condições, para ajudar os astrônomos a tentar determinar a presença desses planetas. "

O Dr. Meru acrescenta:"É bem possível que essa estrutura em espiral seja eliminada, não se deixe enganar ao olhar para um disco. Ainda pode ser razoavelmente grande, é que um planeta gigante fez com que ele perdesse suas espirais.

"Temos essas imagens incríveis de discos protoplanetários e o que é realmente empolgante sobre eles é sua estrutura. Nos últimos anos, os telescópios se tornaram muito poderosos e podemos ver características como lacunas e anéis. Com simulações de computador como as nossas, podemos agora tentar entender se alguns dos processos que esperamos que aconteçam, como planetas migrando em discos jovens, pode levar ao tipo de imagens que os observadores estão vendo. Isso é possível com a combinação de poderosos telescópios e supercomputadores. "