Um inesperado tesouro de gás descoberto em torno de estrelas maiores

NRAO / AUI / NSF / D. Berry / SkyWorks

Impressão de artista de um disco de detritos em redor de uma estrela na Associação Escorpião-Centauro.

Impressão de artista de um disco de detritos em redor de uma estrela na Associação Escorpião-Centauro.

Astrónomos estudaram dúzias de estrelas jovens  e descobriram que o género mais massivo tem reservatórios surpreendentemente ricos de monóxido de carbono. Em contraste, as estrelas parecidas com o Sol, de massa inferior, têm discos de detritos praticamente livres de gás.

Usando o ALMA – Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, astrónomos estudaram dúzias de estrelas jovens – algumas parecidas com o Sol e outras com quase o dobro do tamanho – e descobriram que o género mais massivo tem reservatórios surpreendentemente ricos de monóxido de carbono nos seus discos de detritos.

Em contraste, as estrelas parecidas com o Sol, de massa inferior, têm discos de detritos praticamente livres de gás.

Esta constatação contraria as expetativas dos astrónomos, que afirmam que a maior radiação das estrelas maiores deve retirar gás dos seus discos de detritos mais rapidamente do que a radiação comparativamente suave das estrelas menores.

Pode também fornecer novas informações sobre a linha temporal para a formação de planetas gigantes em torno de estrelas jovens.

Os discos de detritos podem ser encontrados em estrelas que perderam os seus discos protoplanetários cheios de gás e poeira para formar planetas, asteroides, cometas e outros planetesimais.

No entanto, em redor de estrelas mais jovens, muitos destes objetos recém-formados têm ainda que assentar em órbitas estáveis e colidem rotineiramente, produzindo entulho suficiente para gerar um disco de “segunda geração” de detritos.

“As anteriores medições espectroscópicas dos discos de detritos revelaram que alguns tinham uma assinatura química inesperada, sugerindo um excesso do gás monóxido de carbono,” afirma o astrónomo Jesse Lieman-Sifry, autor principal do estudo, publicado na revista The Astrophysical Journal.

À altura das observações, Lieman-Sifry era estudante de astronomia da Universidade de Wesleyan, em Middletown, no estado americano de Connecticut.

“Esta descoberta é interessante porque os astrónomos pensam que este gás há muito que devia ter desaparecido aquando do aparecimento de evidências de um disco de detritos,” comenta.

 Quatro dos 24 discos de detritos observados pelo ALMA na Associação Escorpião-Centauro. Os investigadores foram surpreendidos ao descobrir que as maiores e mais energéticas estrelas retinham muito mais gás nos seus discos de detritos do que estrelas mais pequenas parecidas com o Sol.

Quatro dos 24 discos de detritos observados pelo ALMA na Associação Escorpião-Centauro. Os investigadores foram surpreendidos ao descobrir que as maiores e mais energéticas estrelas retinham muito mais gás nos seus discos de detritos do que estrelas mais pequenas parecidas com o Sol.

Em busca de pistas sobre o porquê de certas estrelas abrigarem discos ricos em gás, Lieman-Sifry e a sua equipa estudaram 24 sistemas estelares na Associação Escorpião-Centauro.

Este aglomerado estelar relativamente solto, situado a algumas centenas de anos-luz da Terra, contém centenas de estrelas de massa baixa e intermédia.

Para referência, os astrónomos consideram o nosso Sol uma estrela de baixa massa.

Os astrónomos refinaram a sua pesquisa para estrelas entre cinco e dez milhões de anos – idade suficiente para hospedar sistemas planetários de pleno direito e discos de detritos – e usaram o ALMA para examinar o “brilho” do comprimento de onda milimétrico do monóxido de carbono nos discos de detritos das estrelas.

A equipa realizou o seu estudo ao longo de um total de seis noites entre dezembro de 2013 e dezembro de 2014, observando apenas dez minutos cada noite.

Durante a sua realização, este estudo constituiu o mais extenso levantamento interferométrico no comprimento de onda milimétrico no que toca a discos de detritos estelares.

Armados com um conjunto incrivelmente rico de observações, os astrónomos descobriram os discos mais ricos em gás já registados num único estudo.

Entre a sua amostra de duas dúzias de discos, os investigadores avistaram três que exibiam uma forte emissão do monóxido de carbono.

Para sua surpresa, todos os três discos ricos em gás rodeavam estrelas com aproximadamente o dobro da massa do Sol.

Nenhuma das 16 mais pequenas estrelas da amostra, estrelas estas parecidas com o Sol, pareciam ter discos com grandes reservatórios de monóxido de carbono. Estas observações sugerem que as estrelas maiores são mais propensas a albergar discos com grandes reservatórios de gás do que estrelas do tipo solar.

Este achado é contraditório, uma vez que as estrelas mais massivas inundam os seus sistemas planetários com a energética radiação ultravioleta que deveria destruir o monóxido de carbono que persiste nos seus discos de detritos.

J. Lieman-Sifry et al., ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

A estrela HIP 73145 tem uma massa estimada em duas vezes a massa do Sol. O disco neste sistema prolonga-se até bem para lá ao que corresponderia a órbita de Neptuno no nosso Sistema Solar.

A estrela HIP 73145 tem uma massa estimada em duas vezes a massa do Sol. O disco neste sistema prolonga-se até bem para lá ao que corresponderia a órbita de Neptuno no nosso Sistema Solar.

Esta nova investigação revela, no entanto, que as estrelas maiores são, de alguma forma, capazes de ou preservar ou repor o “stock” de monóxido de carbono.

“Não temos a certeza se estas estrelas estão a segurar reservatórios de gás durante muito mais tempo do que o esperado, ou se há uma espécie de ‘último fôlego’ de gás de segunda geração a ser produzido por colisões de cometas ou pela evaporação de mantos gelados de grãos de poeira,” acrescenta Meredith Hughes, astrónoma da Universidade de Wesleyan e coautora do estudo.

Segundo Hughes, a existência deste gás pode ter implicações importantes para a formação planetária. O monóxido de carbono é um dos principais constituintes das atmosferas dos planetas gigantes.

A sua presença nos discos de detritos pode significar que outros gases, incluindo o hidrogénio, estão presentes, mas talvez em concentrações muito menores.

Os astrónomos especulam que, caso alguns discos de detritos sejam capazes de segurar quantidades apreciáveis de gás, talvez possam empurrar para a frente o prazo previsto para a formação de planetas gigantes em torno de estrelas jovens.

“As observações de alta-resolução, no futuro, destes sistemas ricos em gás poderão permitir com que os astrónomos determinem a localização do gás dentro do disco, o que poderá lançar luz sobre a origem do gás,” comenta Antonio Hales, astrónomo do ALMA em Santiago, Chile e do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, Virginia, EUA, coautor do estudo.

“Por exemplo, caso o gás seja produzido por colisões entre planetesimais, deverá estar mais fortemente concentrado em regiões do disco onde esses impactos ocorreram. O ALMA é o único instrumento capaz de fazer este tipo de imagens de alta-resolução”, diz Hales.

De acordo com Lieman-Sifry, estes discos de poeira são tão diversos quanto os sistemas planetários que acompanham.

A descoberta de que os discos de detritos em redor de algumas estrelas grandes retêm o monóxido de carbono durante mais tempo do que os seus homólogos tipo-Sol, poderá fornecer mais informações sobre o papel que este gás desempenha no desenvolvimento de sistemas planetários.

CCVAlg

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