Astrónomos observam anel gelado em redor de sistema planetário jovem

Uma equipa internacional de astrónomos, usando o ALMA (Atacama Large Millimeter Array), captou a primeira imagem completa, em comprimentos de onda milimétricos, do anel de detritos empoeirados que cercam a jovem estrela Fomalhaut.

Este círculo notavelmente bem definido de entulho e gás é provavelmente o resultado de exocometas que colidem uns com os outros perto das orlas externas de um sistema planetário a 25 anos-luz da Terra. As observações sugerem uma parecença química com os cometas do nosso próprio Sistema Solar.

Observações anteriores de Fomalhaut pelo ALMA – obtidas em 2012, quando o telescópio ainda estava em construção – revelaram apenas cerca de metade do disco de detritos. Apesar de esta primeira imagem ser meramente um teste das capacidades únicas do ALMA, fornece novas pistas sobre a natureza e possível origem do disco.

As novas observações ALMA permitem uma visão incrivelmente completa desta banda brilhante de detritos e sugerem a existência de semelhanças químicas entre os seus conteúdos gelados e os cometas no nosso próprio Sistema Solar.

“O ALMA deu-nos esta imagem incrivelmente clara de um disco de detritos totalmente formado,” afirma Meredith MacGregor, astrónoma do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica em Cambridge, no estado norte-americano do Massachusetts e autora principal de dois estudos que serão publicados no Astrophysical Journal.

“Podemos finalmente ver a forma bem definida do disco, o que nos pode dizer muito sobre o sistema planetário subjacente responsável pela sua aparência altamente distintiva.”

Fomalhaut é um sistema estelar relativamente próximo e um de apenas cerca de 20 em que os planetas foram fotografados diretamente. Todo o sistema tem aproximadamente 440 milhões de anos, cerca de um-décimo da idade do nosso Sistema Solar.

Conforme revelado na nova imagem ALMA, formou-se uma banda brilhante de poeira gelada com cerca de 2 mil milhões de quilómetros de espessura e a aproximadamente 20 mil milhões de quilómetros da estrela.

Os discos de detritos são características comuns em torno de estrelas jovens e representam um período muito dinâmico e caótico na história de um sistema solar. Os astrónomos pensam que são formados pelas colisões em curso de cometas e outros planetesimais nas fronteiras exteriores de um sistema planetário recém-formado.

Os detritos remanescentes dessas colisões absorvem luz da sua estrela central e irradiam essa energia como um leve brilho no comprimento de onda milimétrico que pode ser estudado com o ALMA.

Através de novos dados ALMA e detalhados modelos de computador, os investigadores puderam calcular a localização precisa, largura e geometria do disco. De acordo com MacGregor, esses parâmetros confirmam que o anel estreito é provavelmente produzido pela influência gravitacional de planetas no sistema.

As novas observações do ALMA são também as primeiras a mostrar, definitivamente, o “brilho do apocentro“, um fenómeno previsto num artigo de 2016 da autora principal Margaret Pan, cientista do MIT e coautora dos novos artigos.

Tal como todos os objetos com órbitas alongadas, o material empoeirado no disco de Fomalhaut viaja mais devagar quando está mais distante da estrela. À medida que a poeira abranda de velocidade, acumula-se, formando concentrações mais densas nas porções mais distantes do disco. Estas regiões densas podem ser observadas pelo ALMA como uma emissão mais brilhante nos comprimentos de onda milimétricos.

Usando o mesmo conjunto de dados ALMA, mas focando-se em sinais distintos em comprimentos de onda milimétricos naturalmente emitidos por moléculas no espaço, os investigadores detetaram ainda vastas reservas de monóxido de carbono no mesmo local que o disco de detritos.

“Estes dados permitem-nos determinar que a abundância relativa do monóxido de carbono, juntamente com o dióxido de carbono em redor de Fomalhaut, é aproximadamente a mesma encontrada em cometas no nosso próprio Sistema Solar,” comenta Luca Matrà da Universidade de Cambridge, Reino Unido.

“Este parentesco químico poderá indicar uma semelhança nas condições de formação dos cometas entre as regiões exteriores deste sistema planetário e o nosso.” Matrà e os seus colegas pensam que este gás pode ser libertado por colisões contínuas entre cometas ou resultar de um impacto único e gigante entre supercometas centenas de vezes mais massivos que o Cometa Hale-Bopp.

A presença deste disco de detritos bem definido em torno de Fomalhaut, juntamente com a sua composição química curiosamente familiar, poderá indicar que este sistema está a passar pela sua própria versão do Último Grande Bombardeamento, um período há aproximadamente 4 mil milhões de anos atrás em que a Terra e os outros planetas eram rotineiramente atingidos por asteroides e cometas deixados para trás pela formação do Sistema Solar.

“Há vinte anos atrás, os melhores telescópios de comprimentos de onda milimétricos deram-nos os primeiros mapas difusos dos grãos de poeira em órbita de Fomalhaut. Agora, com as capacidades do ALMA, conseguimos fotografar todo o anel de material de Fomalhaut. E esperamos conseguir, um dia, detetar os planetas que influenciam as órbitas destes grãos,” conclui Paul Kalas, astrónomo da Universidade da Califórnia em Berkeley.