Os discos protoplanetários - compostos por gás e poeiras - desenvolvem-se à volta de estrelas jovens e é nesse ambiente que os planetas se formam.
Estes discos não são permanentes. Com o tempo, a energia emitida pela estrela dissipa o disco através de fotoevaporação, parte do material é incorporado nos planetas em crescimento e, quando o reservatório se esgota, o processo de formação planetária termina.
Espera-se que todas as estrelas jovens possuam discos protoplanetários, mas estas regiões ricas em poeiras tornam particularmente difícil observar, de forma directa, os planetas enquanto estão a nascer.
Recentemente, astrónomos observaram um sistema binário cujas duas estrelas exibem histórias diferentes: cada uma tem (ou teve) o seu próprio disco. A estrela primária já “limpou” o seu disco poeirento, enquanto a companheira ainda o mantém. Precisamente por a poeira já não ocultar a região próxima da estrela principal, este sistema tornou-se um alvo excelente para imagem directa de planetas.
O estudo intitula-se "Descoberta por imagem directa de um planeta gigante jovem a orbitar em escalas do Sistema Solar" e foi publicado na revista Astronomia e Astrofísica. O autor principal é Tomas Stolker, professor auxiliar de Astronomia no Observatório de Leiden, da Universidade de Leiden, nos Países Baixos.
O sistema binário HD 135344 AB e a evolução separada dos discos
O sistema duplo chama-se HD 135344 AB e encontra-se a cerca de 440 anos-luz da Terra. As componentes A e B são estrelas jovens que orbitam uma à outra com grande separação, o que sugere que os respectivos discos protoplanetários evoluíram de forma independente. A estrela primária é uma estrela de sequência principal do tipo A, e a secundária é uma estrela de sequência principal do tipo F.
O ponto decisivo, neste binário, é a diferença de estado dos discos: a estrela principal já eliminou o seu disco protoplanetário, ao passo que a estrela secundária ainda não.
A estrela secundária tem sido analisada há décadas, em grande parte porque continua associada a um cenário activo de formação de planetas. As observações identificaram uma cavidade central no disco, braços espirais e sombreamento variável - sinais consistentes com interacções entre planetas e disco, embora quaisquer planetas concretos permaneçam escondidos atrás de poeira densa.
A estrela primária, pelo contrário, aparenta não ter disco e, por isso, recebeu menos atenção durante anos. No entanto, essa ausência de poeiras transforma-a num local particularmente promissor para procurar exoplanetas.
HD 135344 Ab: imagem directa com o VLT e o instrumento SPHERE
No novo trabalho, a equipa recorreu ao Telescópio Muito Grande (VLT) e ao seu instrumento para exoplanetas SPHERE para obter imagem directa de um planeta a orbitar a estrela primária, HD 135344 A. Foram necessários quatro anos de observações dedicadas com instrumentação de elevada potência para o detectar.
"A estrela A nunca tinha sido investigada porque não contém um disco. Eu e os meus colegas estávamos curiosos sobre se já teria formado um planeta", afirmou Stolker num comunicado.
"E assim, após quatro anos de medições cuidadosas e alguma sorte, a resposta é sim."
O objecto, designado HD 135344 Ab, é um planeta jovem com cerca de 10 massas de Júpiter. Orbita a 15–20 unidades astronómicas da sua estrela e apresenta um tipo espectral L intermédio, o que o coloca numa zona de transição entre uma anã castanha e um gigante gasoso. Com não mais de 12 milhões de anos, é um dos planetas mais jovens alguma vez obtidos por imagem directa.
O facto de a estrela primária já ter interrompido a formação de planetas enquanto a secundária continua nesse processo reforça a ideia de que, em sistemas binários, os tempos de vida dos discos protoplanetários e das fases de formação planetária podem divergir significativamente.
Confirmação do planeta: interferometria, movimento comum e limites do SPHERE
Quando a equipa detectou o sinal pela primeira vez, não era evidente se se tratava de um planeta ou de uma estrela. Ainda assim, o VLT é um observatório particularmente versátil e potente: é composto por quatro telescópios principais, separados mas idênticos, que podem operar em modo interferométrico, além de quatro telescópios auxiliares mais pequenos que podem ser posicionados de forma independente.
Essa flexibilidade permitiu ao VLT, em conjunto com o SPHERE, mapear a posição do objecto com precisão extrema. À medida que as observações se acumulavam, verificou-se que a estrela e o candidato a planeta se deslocavam em conjunto, o que confirmou que o companheiro é, de facto, um planeta.
"Tivemos sorte, no entanto", diz Stolker. "O ângulo entre o planeta e a estrela é agora tão pequeno que o SPHERE mal consegue detectar o planeta."
A observação e a obtenção de imagens de exoplanetas é uma tarefa extremamente difícil. A maioria das descobertas é inferida a partir de dados observacionais e acaba ilustrada com imagens artísticas, que são interpretações desses dados. No caso de HD 135344 Ab, embora as imagens não revelem detalhes da superfície ou da atmosfera do planeta, tratam-se de imagens directas e não de representações.
Linha de neve, dados do Gaia e a janela de observação
Os investigadores indicam que o planeta terá provavelmente nascido perto da linha de neve do seu sistema - uma região considerada crucial para a formação de planetas gigantes.
Nessa zona, a disponibilidade de materiais muda porque voláteis como a água, a amónia e o metano passam a existir como sólidos em vez de gases. O aumento do conteúdo sólido facilita a agregação dos grãos de poeira, ajudando-os a colar, crescer e, eventualmente, formar planetas.
Um dos obstáculos foi excluir a hipótese de o objecto ser uma estrela de fundo, um problema comum na imagem directa de exoplanetas. Aqui, os dados astrométricos da missão Gaia desempenham um papel central.
"Este estudo também realça a importância de medições astrométricas de alta precisão para separar completamente o movimento orbital do movimento de fundo numa região com estrelas de fundo não estacionárias", explicam os autores.
Ainda assim, o calendário de observação foi determinante. "Uma boa dose de sorte esteve envolvida na descoberta de HD 135344 Ab, no entanto, porque apanhámos o planeta numa separação favorável ao longo da sua órbita inclinada", escrevem os autores na conclusão.
"Nos próximos 10 a 20 anos, a separação angular em relação à sua estrela irá diminuir para ≈10–35 mas, o que significa que o planeta não teria sido descoberto com o SPHERE durante uma grande fracção da sua órbita."
Levantamentos de imagem directa indicam que planetas gigantes como este são raros em separações mais amplas de 20 au ou superiores. Espera-se que a detecção destes planetas a separações mais pequenas aumente quando a missão astrométrica Gaia, da ESA, publicar o seu quarto conjunto de dados em 2026. Essa informação deverá orientar a procura de novos exoplanetas por imagem directa.
"O Gaia DR4 poderá revelar indícios de planetas gigantes semelhantes, próximos das suas estrelas, em regiões de formação estelar, o que irá guiar as pesquisas por imagem directa e os algoritmos de pós-processamento", explicam os investigadores.
"O HD 135344 Ab pode fazer parte de uma população de planetas gigantes que se poderá ter formado nas proximidades da linha de neve", escrevem os autores.
"Estes objectos têm permanecido difíceis de detectar, uma vez que a maioria dos levantamentos e estratégias de observação não foi optimizada para separações tão pequenas."
Se existir, de facto, uma população de planetas gigantes jovens como este, os cientistas de exoplanetas querem encontrá-la: esses mundos podem ensinar muito sobre como se formam os gigantes gasosos. E, quando forem detectados, o passo seguinte será estudá-los com muito maior detalhe.
O futuro Telescópio Extremamente Grande, previsto para obter a sua primeira luz em 2029, terá capacidade para o fazer, permitindo revelar mais sobre estes planetas, as suas composições e os processos que os originam.
Este artigo foi originalmente publicado pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.
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