Pela primeira vez: bebê planeta raro apanhado a formar anéis cósmicos

Nunca tinha sido observado nada assim.

Pela primeira vez, astrónomos conseguiram identificar diretamente um planeta bebé que está a escavar lacunas no disco protoplanetário poeirento que envolve uma estrela recém-nascida - uma confirmação há muito aguardada do que, até agora, eram sobretudo previsões teóricas.

De lacunas misteriosas a uma confirmação direta

Observações anteriores de discos protoplanetários já mostravam anéis e zonas vazias bem definidas. No entanto, os corpos que, supostamente, “esculpiam” essas lacunas mantinham-se fora do alcance dos instrumentos: via-se o efeito, mas não o agente.

A descoberta do exoplaneta WISPIT-2b altera este cenário. Ao ligar uma lacuna observada a um protoplaneta real, a deteção sustenta as teorias mais aceites sobre como os planetas jovens se formam e aumentam de massa. Para a astronomia planetária, isto funciona como um ponto de viragem: passa a ser possível afinar modelos com maior confiança de que descrevem um processo que, de facto, acontece.

“Há dezenas de artigos teóricos a defender que estas lacunas nos discos são causadas por protoplanetas, mas até agora ninguém tinha encontrado um caso verdadeiramente inequívoco”, afirma o astrónomo Laird Close, da Universidade do Arizona.

E acrescenta que esta ausência de deteções era uma fonte de debate na área: existiam lacunas extremamente escuras, mas não se conseguia ver os exoplanetas, muito ténues, no seu interior. Por isso, alguns investigadores chegaram a questionar se protoplanetas teriam mesmo capacidade para abrir essas falhas. Com esta observação, fica demonstrado que conseguem.

Como nascem estrelas e planetas (e porque surgem anéis no disco)

O nascimento de uma estrela com o seu sistema planetário é um processo intrincado. Tudo começa numa nuvem molecular fria: uma região pode ser comprimida até formar um nó denso que colapsa sob a gravidade. Esse “embrião” dá origem a uma protoestrela. À medida que a protoestrela roda, o material circundante, por efeito do momento angular, organiza-se num disco que alimenta o crescimento da estrela.

Com o tempo, a protoestrela acumula massa suficiente para que a pressão e a temperatura no núcleo desencadeiem fusão nuclear. Em paralelo, o vento estelar empurra o material das regiões internas do disco para fora, afastando-o da zona onde a gravidade da estrela o domina. O que permanece em órbita continua a agregar matéria, formando planetas, asteroides e cometas.

É durante esta agregação que podem aparecer lacunas no disco protoplanetário, visíveis como anéis à volta da estrela. Instrumentos como a Rede de Radiotelescópios Milimétricos/submilimétricos do Atacama (ALMA) já produziram imagens notáveis de muitos destes discos e das suas falhas - mas observar diretamente o planeta responsável por “abrir caminho” é muito mais difícil.

WISPIT-2b: o planeta bebé que abre lacunas no disco protoplanetário

Planetas em plena formação tendem a estar rodeados por hidrogénio muito quente. Esse gás pode emitir luz numa linha específica, a H‑alfa, que funciona como uma assinatura observacional do material a cair no protoplaneta.

Para procurar essa marca luminosa dentro das lacunas, uma equipa internacional desenvolveu o MagAO-X, um sistema de óptica adaptativa para o Telescópio Magellan, concebido para detetar hidrogénio a ser engolido por protoplanetas.

“À medida que os planetas se formam e crescem, sugam hidrogénio do ambiente. Quando esse gás cai sobre o planeta como uma cascata colossal vinda do espaço e embate na superfície, gera plasma extremamente quente, que por sua vez emite esta assinatura particular em H‑alfa”, explica Close.

Segundo o investigador, o MagAO-X foi desenhado precisamente para procurar esse fenómeno - hidrogénio a precipitar-se sobre protoplanetas jovens - e é assim que se tornam detetáveis.

A estrela WISPIT-2 (TYC-5709-354-1) e a “lacuna espetacularmente grande”

A estrela TYC-5709-354-1, agora também designada WISPIT-2, é uma estrela bebé semelhante ao Sol, situada a cerca de 434 anos-luz (aproximadamente 133 parsecs) de distância. Observações anteriores já tinham revelado um disco extenso e uma lacuna que os investigadores descreveram como “espetacularmente grande”.

A equipa aplicou o MagAO-X a várias estrelas jovens, mas foi com a WISPIT-2 que surgiu finalmente a deteção decisiva.

O que se sabe sobre o sistema ainda em formação

Ao combinar os dados do MagAO-X com observações no infravermelho próximo obtidas com o Telescópio Muito Grande do Observatório Europeu do Sul, os investigadores conseguiram estimar propriedades essenciais do sistema:

• Objeto detetado: o protoplaneta WISPIT-2b
  
• Tipo: gigante gasoso
  
• Massa estimada: cerca de cinco vezes a massa de Júpiter
  
• Localização: dentro da grande lacuna do disco
  
• Distância à estrela: cerca de 54 unidades astronómicas (UA)
  
  • Para comparação, Plutão orbita o Sol a cerca de 40 UA.

Porque esta observação é importante para compreender o nosso próprio Sistema Solar

Os investigadores consideram a descoberta extraordinária por oferecer uma janela para o passado: ajuda a imaginar como o Sistema Solar poderá ter parecido quando o Sol era ainda uma estrela muito jovem, rodeada por um disco rico em gás e poeira. Assim, o caso da WISPIT-2 não ilumina apenas a formação de sistemas planetários em geral - pode também esclarecer como se formou o nosso “bairro” na Via Láctea.

“É o primeiro planeta embebido num disco, observado a formar anéis, o que dá à comunidade que estuda a formação planetária uma oportunidade única para aprender mais sobre a física dos discos formadores de planetas - em particular sobre a sua viscosidade, um fator crucial para perceber como se espalham com o tempo e como transportam material e momento angular”, afirma a astrónoma Richelle van Capelleveen, da Universidade de Leiden, nos Países Baixos.

Na sua perspetiva, este sistema deverá tornar-se uma referência durante muitos anos.

O que vem a seguir: mais alvos, melhores limites e testes mais exigentes

Além de confirmar que protoplanetas conseguem, de facto, abrir lacunas, este tipo de deteção permite separar melhor cenários concorrentes - por exemplo, situações em que estruturas no disco poderiam ser atribuídas a instabilidades, variações na densidade do gás ou efeitos magnéticos, em vez de planetas. Quando se encontra o “culpado” no interior da lacuna, os modelos passam a ter um ponto de ancoragem observacional.

Também é expectável que, com campanhas sistemáticas usando óptica adaptativa avançada e observações complementares no infravermelho, seja possível descobrir mais planetas bebés em diferentes fases do crescimento. Isso ajudará a construir uma amostra comparável entre sistemas e a perceber com maior detalhe como a massa do planeta, a distância à estrela e as propriedades do disco influenciam a formação dos anéis.

Publicação científica

A descoberta foi publicada em dois artigos nas Cartas do Jornal Astrofísico, podendo ser consultada nos dois endereços indicados na publicação.