Os astrônomos frequentemente observam monóxido de carbono em viveiros planetários. O composto é ultrabrilhante e extremamente comum em discos protoplanetários – regiões de poeira e gás onde os planetas se formam em torno de estrelas jovens – tornando-o um alvo principal para os cientistas.
Mas, na última década, algo não vem somando quando se trata de observações de monóxido de carbono, diz Diana Powell, pesquisadora do Hubble da NASA no Center for Astrophysics, Harvard &Smithsonian.

Um grande pedaço de monóxido de carbono está faltando em todas as observações de discos, se as previsões atuais dos astrônomos sobre sua abundância estiverem corretas.

Agora, um novo modelo – validado por observações com o ALMA – resolveu o mistério:o monóxido de carbono está escondido em formações de gelo dentro dos discos. As descobertas são descritas hoje na revista Nature Astronomy .

"Este pode ser um dos maiores problemas não resolvidos em discos formadores de planetas", diz Powell, que liderou o estudo. "Dependendo do sistema observado, o monóxido de carbono é de três a 100 vezes menor do que deveria ser; é uma quantidade realmente enorme."

E as imprecisões do monóxido de carbono podem ter enormes implicações para o campo da astroquímica.

“O monóxido de carbono é essencialmente usado para rastrear tudo o que sabemos sobre discos – como massa, composição e temperatura”, explica Powell. “Isso pode significar que muitos de nossos resultados para discos foram tendenciosos e incertos porque não entendemos o composto bem o suficiente”.

Intrigado com o mistério, Powell colocou seu chapéu de detetive e se apoiou em sua experiência na física por trás das mudanças de fase – quando a matéria se transforma de um estado para outro, como um gás se transformando em sólido.

Em um palpite, Powell fez alterações em um modelo astrofísico que atualmente é usado para estudar nuvens em exoplanetas, ou planetas além do nosso sistema solar.

"O que é realmente especial sobre este modelo é que ele tem física detalhada de como o gelo se forma nas partículas", explica ela. "Então, como o gelo se nuclea em partículas pequenas e, em seguida, como ele se condensa. O modelo rastreia cuidadosamente onde o gelo está, em qual partícula ele está localizado, quão grandes são as partículas, quão pequenas elas são e como elas se movem."

Powell aplicou o modelo adaptado aos discos planetários, esperando gerar uma compreensão profunda de como o monóxido de carbono evolui ao longo do tempo em viveiros planetários. Para testar a validade do modelo, Powell então comparou sua saída com observações reais do ALMA de monóxido de carbono em quatro discos bem estudados – TW Hya, HD 163296, DM Tau e IM Lup.

Os resultados e modelos funcionaram muito bem, diz Powell.

O novo modelo se alinhou com cada uma das observações, mostrando que os quatro discos não estavam realmente sem monóxido de carbono – ele acabou de se transformar em gelo, que atualmente é indetectável com um telescópio.

Observatórios de rádio como o ALMA permitem que os astrônomos vejam o monóxido de carbono no espaço em sua fase gasosa, mas o gelo é muito mais difícil de detectar com a tecnologia atual, especialmente grandes formações de gelo, diz Powell.

O modelo mostra que, ao contrário do pensamento anterior, o monóxido de carbono está se formando em grandes partículas de gelo – especialmente após um milhão de anos. Antes de um milhão de anos, o monóxido de carbono gasoso é abundante e detectável em discos.

"Isso muda a forma como pensávamos que o gelo e o gás eram distribuídos em discos", diz Powell. “Isso também mostra que uma modelagem detalhada como essa é importante para entender os fundamentos desses ambientes”.

Powell espera que seu modelo possa ser validado ainda mais usando observações com o Telescópio Webb da NASA – que pode ser poderoso o suficiente para finalmente detectar gelo em discos, mas isso ainda precisa ser visto.

Powell, que adora mudanças de fase e os processos complicados por trás delas, diz que está impressionada com sua influência. "A física da formação de gelo em pequena escala influencia a formação e evolução do disco - agora isso é muito legal." + Explorar mais

A química em evolução dos discos protoplanetários