Uma equipe de cientistas usando o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) para estudar a jovem estrela Elias 2-27 confirmou que as instabilidades gravitacionais desempenham um papel fundamental na formação do planeta, e pela primeira vez mediu diretamente a massa dos discos protoplanetários usando dados de velocidade do gás, potencialmente desvendando um dos mistérios da formação do planeta. Os resultados da pesquisa são publicados hoje em dois artigos na The Astrophysical Journal .

Os discos protoplanetários - discos formadores de planetas feitos de gás e poeira que circundam estrelas jovens recém-formadas - são conhecidos pelos cientistas como o local de nascimento dos planetas. O processo exato de formação do planeta, Contudo, permanece um mistério. A nova pesquisa, liderado por Teresa Paneque-Carreño — um graduado recente da Universidad de Chile e Ph.D. estudante da Universidade de Leiden e do Observatório Europeu do Sul, e o autor principal do primeiro dos dois artigos - concentra-se em desvendar o mistério da formação do planeta.

Durante as observações, os cientistas confirmaram que o sistema estelar Elias 2-27 - uma jovem estrela localizada a menos de 400 anos-luz de distância da Terra na constelação de Ophiuchus - estava exibindo evidências de instabilidades gravitacionais que ocorrem quando discos formadores de planetas carregam uma grande fração do sistema estelar massa. "Como exatamente os planetas se formam é uma das principais questões em nosso campo. No entanto, existem alguns mecanismos-chave que acreditamos podem acelerar o processo de formação do planeta, "disse Paneque-Carreño." Encontramos evidências diretas de instabilidades gravitacionais em Elias 2-27, o que é muito empolgante porque esta é a primeira vez que podemos mostrar a prova cinemática e de múltiplos comprimentos de onda de um sistema gravitacionalmente instável. Elias 2-27 é o primeiro sistema que verifica todas as caixas. "

As características únicas do Elias 2-27 o tornaram popular entre os cientistas do ALMA por mais de meia década. Em 2016, uma equipe de cientistas usando o ALMA descobriu um cata-vento de poeira girando em torno da jovem estrela. Acredita-se que as espirais sejam o resultado de ondas de densidade, comumente conhecido por produzir os braços reconhecíveis de galáxias espirais, como a Via Láctea, mas na época, nunca antes tinha sido visto em torno de estrelas individuais.

“Descobrimos em 2016 que o disco Elias 2-27 tinha uma estrutura diferente de outros sistemas já estudados, algo não observado em um disco protoplanetário antes:dois braços espirais de grande escala. As instabilidades gravitacionais eram uma grande possibilidade, mas a origem dessas estruturas permaneceu um mistério e precisávamos de mais observações, "disse Laura Pérez, Professor Assistente da Universidad de Chile e investigador principal do estudo de 2016. Junto com os colaboradores, ela propôs observações adicionais em várias bandas do ALMA que foram analisadas com Paneque-Carreño como parte de seu M.Sc. tese na Universidad de Chile.

Além de confirmar as instabilidades gravitacionais, os cientistas encontraram perturbações - ou distúrbios - no sistema estelar acima e além das expectativas teóricas. "Pode ainda haver novo material da nuvem molecular circundante caindo no disco, o que torna tudo mais caótico, "disse Paneque-Carreño, acrescentando que este caos contribuiu para fenômenos interessantes que nunca foram observados antes, e para o qual os cientistas não têm uma explicação clara. "O sistema estelar Elias 2-27 é altamente assimétrico na estrutura do gás. Isso foi completamente inesperado, e é a primeira vez que observamos tal assimetria vertical em um disco protoplanetário. "

Cassandra Hall, Professor Assistente de Astrofísica Computacional na University of Georgia, e um co-autor da pesquisa, acrescentou que a confirmação da assimetria vertical e perturbações de velocidade - as primeiras perturbações em grande escala ligadas à estrutura espiral em um disco protoplanetário - poderia ter implicações significativas para a teoria de formação de planetas. "Isso pode ser uma 'arma fumegante' de instabilidade gravitacional, o que pode acelerar alguns dos primeiros estágios da formação do planeta. Previmos essa assinatura pela primeira vez em 2020, e do ponto de vista da astrofísica computacional, é emocionante estar certo. "

Paneque-Carreño acrescentou que embora a nova pesquisa tenha confirmado algumas teorias, também levantou novas questões. "Embora as instabilidades gravitacionais possam agora ser confirmadas para explicar as estruturas espirais no continuum de poeira ao redor da estrela, há também uma lacuna interna, ou falta de material no disco, para o qual não temos uma explicação clara. "

Uma das barreiras para a compreensão da formação do planeta era a falta de medição direta da massa dos discos formadores de planeta, um problema abordado na nova pesquisa. A alta sensibilidade da Banda 6 do ALMA, emparelhado com as bandas 3 e 7, permitiu que a equipe estudasse mais de perto os processos dinâmicos, densidade, e até mesmo a massa do disco. "As medições anteriores da massa do disco protoplanetário foram indiretas e baseadas apenas em poeira ou isotopólogos raros. Com este novo estudo, agora somos sensíveis a toda a massa do disco, "disse Benedetta Veronesi, uma estudante de graduação na Universidade de Milão e pesquisadora de pós-doutorado na École normale supérieure de Lyon, e o autor principal no segundo artigo. "Essa descoberta estabelece a base para o desenvolvimento de um método para medir a massa do disco que nos permitirá quebrar uma das maiores e mais urgentes barreiras no campo da formação de planetas. Saber a quantidade de massa presente nos discos formadores de planetas permite para determinarmos a quantidade de material disponível para a formação de sistemas planetários, e para entender melhor o processo pelo qual eles se formam. "

Embora a equipe tenha respondido a uma série de perguntas-chave sobre o papel da instabilidade gravitacional e da massa do disco na formação do planeta, o trabalho ainda não terminou. "Estudar como os planetas se formam é difícil porque leva milhões de anos para formar os planetas. Esta é uma escala de tempo muito curta para as estrelas, que vivem milhares de milhões de anos, mas um processo muito longo para nós, "disse Paneque-Carreño." O que podemos fazer é observar estrelas jovens, com discos de gás e poeira ao redor deles, e tente explicar por que esses discos de material têm essa aparência. É como olhar para a cena de um crime e tentar adivinhar o que aconteceu. Nossa análise observacional emparelhada com uma futura análise aprofundada de Elias 2-27 nos permitirá caracterizar exatamente como as instabilidades gravitacionais agem em discos formadores de planetas, e obter mais informações sobre como os planetas são formados. "