Neve num sistema planetário bebê

Concepção artística da linha de neve em torno da estrela TW Hydrae, que mostra gelo de água cobrindo grãos de poeira no disco interior (4,5 a 30 unidades astronômicas, em azul) e gelo de monóxido de carbono cobrindo grãos no disco exterior (a mais de 30 unidades astronômicas, em verde). A transição de azul para verde marca a linha de neve do monóxido de carbono. As linhas de neve ajudam os grãos de poeira a aderirem uns aos outros, ao darem-lhes uma cobertura pegajosa, o que é essencial à formação de planetas e cometas. Pelo fato dos diferentes compostos químicos terem diferentes pontos de congelamento, as respectivas linhas de neve encontram-se a distâncias diferentes da estrela. Crédito: B. Saxton & A. Angelich/NRAO/AUI/NSF/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Uma equipe internacional de astrônomos conseguiu obter pela primeira vez a imagem de uma linha de neve num sistema planetário recém nascido.

A linha de neve, situada no disco que rodeia a estrela do tipo solar TW Hydrae, promete ensinar-nos mais sobre a formação de planetas e cometas, incluindo os fatores que determinam a sua composição e consequentemente sobre a história do nosso próprio Sistema Solar.

Os resultados foram publicados hoje na revista Science Express.

Utilizando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipe de astrônomos obteve a primeira imagem da linha de neve num sistema planetário recém nascido.

Na Terra, as linhas de neve formam-se a altitudes elevadas, onde as temperaturas baixas transformam a umidade do ar em neve.

Esta linha é claramente visível numa montanha, no local onde o pico coberto de neve termina e a face rochosa descoberta começa.

As linhas de neve em torno das estrelas jovens formam-se de maneira semelhante, nas regiões distantes e frias dos discos de poeira, a partir dos quais se formam os sistemas planetários.

Partindo da estrela em direção ao exterior, a água (H2O), é a primeira a congelar, formando a primeira linha de neve.

Mais longe da estrela, à medida que as temperaturas descem, as moléculas mais exóticas podem congelar e transformar-se em neve, tais como o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4) e o monóxido de carbono (CO).

Estes diferentes tipos de neve dão aos grãos de poeira uma camada exterior pegajosa e desempenham um papel importante, ajudando os grãos a ultrapassarem a sua tendência natural para se quebrarem por meio de colisões, e permitindo-lhes tornarem-se os blocos constituintes cruciais de planetas e cometas.

A neve também aumenta a quantidade de matéria sólida disponível, podendo fazer acelerar drasticamente o processo de formação planetária.

Esta imagem ALMA mostra a região onde a neve de monóxido de carbono se formou em torno da estrela. O monóxido de carbono está representado em verde, e começa a uma distância de mais de 30 unidades astronômicas da estrela TW Hydrae. Além de ser necessário à formação de planetas e cometas, o monóxido de carbono é necessário à criação de metanol, o qual é um bloco constituinte indispensável à vida. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Cada uma destas diferentes linhas de neve – água, dióxido de carbono, metano e monóxido de carbono – podem estar ligadas à formação de tipos particulares de planetas.

Em torno de uma estrela do tipo solar, num sistema planetário como o nosso, a linha de neve da água corresponderia à distância entre as órbitas de Marte e Júpiter, e a linha de neve do monóxido de carbono corresponderia à órbita de Netuno.

A linha de neve descoberta pelo ALMA é o primeiro indício que temos da linha de neve de monóxido de carbono em torno de TW Hydrae, uma estrela jovem situada a 175 anos-luz de distância da Terra.

Os astrônomos acreditam que este sistema planetário em formação partilha muitas das características do nosso Sistema Solar, quando este tinha apenas alguns milhões de anos de idade.

“O ALMA deu-nos a primeira imagem real de uma linha de neve em torno de uma estrela jovem, o que é tremendamente excitante, pelo que podemos aprender sobre o período inicial da história do nosso Sistema Solar”, disse Chunhua “Charlie” Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EUA), um dos autores principais do artigo científico que descreve este trabalho.

“Conseguimos observar detalhes escondidos anteriormente, sobre as regiões geladas de outro sistema planetário semelhante ao nosso”.

A presença da linha de neve do monóxido de carbono pode ter também consequências mais importantes do que apenas a formação de planetas.

O gelo de monóxido de carbono é necessário à formação de metanol, que é um dos blocos constituintes das moléculas orgânicas mais complexas essenciais à vida.

Se os cometas levarem estas moléculas a planetas recém formados, do tipo da Terra, estes planetas poderiam também ficar equipados com os ingredientes necessários à vida.

Até hoje, nunca se tinham obtido imagens diretas de linhas de neve, já que estas linhas se formam sempre no plano central relativamente estreito do disco protoplanetário e por isso, tanto a sua localização precisa como a sua extensão nunca tinham sido determinadas.

Acima e abaixo da região estreita onde as linhas de neve existem, a radiação da estrela impede a formação de gelo.

A concentração de gás e poeira no plano central é indispensável para isolar a área da radiação estelar, de modo a que o monóxido de carbono e outros gases possam arrefecer e congelar nesta zona.

A equipe de astrônomos conseguiu espreitar para o interior deste disco, onde a neve se formou, utilizando um truque.

Em vez de procurarem a neve – que não pode ser observada diretamente – procuraram uma molécula chamada diazenylium (N2H+), a qual brilha intensamente na região do milímetro do espectro electromagnético e é por isso um alvo perfeito para um telescópio como o ALMA.

Esta molécula frágil é facilmente destruída na presença de monóxido de carbono gasoso, por isso só aparecerá em quantidades susceptíveis de serem detectadas em regiões onde o monóxido de carbono se transformou em neve, não podendo por isso destruir a molécula.

Ou seja, duma maneira geral, a chave para encontrar a neve de monóxido de carbono consiste em encontrar diazenylium.

A sensibilidade e resolução únicas do ALMA permitiram aos astrônomos detectar a presença e traçar a distribuição de diazenylium, e com isso encontrar uma fronteira claramente definida a cerca de 30 unidades astronômicas da estrela (30 vezes a distância entre a Terra e o Sol), o que dá, efetivamente, uma imagem contrária da neve de monóxido de carbono no disco que rodeia TW Hydrae, que pode ser usada para ver a linha de neve do monóxido de carbono precisamente onde a teoria prevê que deva estar – na zona interior do anel de diazenylium.

“Nestas observações usamos apenas 26 das antenas ALMA, que serão um total de 66.

Indicações de linhas de neve em torno de outras estrelas começam já a aparecer noutras observações ALMA, e estamos convencidos que futuras observações que usarão a rede total revelarão muitas mais e fornecerão mais e mais avançadas pistas sobre a formação e evolução de planetas.

Aguardemos estes resultados“, conclui Michiel Hogerheijde do Observatório de Leiden, Holanda.

Esta imagem, obtida com o observatório ALMA, no Chile, mostra a região (a verde) onde a neve de monóxido de carbono se formou em torno da estrela TW Hydrae (assinalada no centro). A circunferência azul representa o local onde estaria a órbita de Neptuno, se comparássemos o tamanho deste sistema ao tamanho do Sistema Solar. A transição para o gelo de monóxido de carbono poderá também assinalar a fronteira interior da região onde corpos gelados mais pequenos se poderão formar, tais como cometas e planetas anões (do tipo de Plutão e Éris). Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Por exemplo, os planetas rochosos secos formam-se no lado interior da linha de neve da água (mais próximo da estrela), onde apenas a poeira pode existir.

No outro extremo encontram-se os planetas gigantes gelados que se formam para lá da linha de neve do monóxido de carbono.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronômica internacional, é uma parceria entre a Europa, a América do Norte e o Leste Asiático, em cooperação com a República do Chile.

O ALMA é financiado na Europa pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), na América do Norte pela Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) em cooperação com o Conselho Nacional de Investigação do Canadá (NRC) e no Leste Asiático pelos Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão em cooperação com a Academia Sínica (AS) da Ilha Formosa.

A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol da Europa, pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia (NRAO), que é gerido, pela Associação de Universidades (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático.

O Observatório ALMA (JAO) fornece uma liderança e direção unificadas na construção, gestão e operação do ALMA.

Este trabalho foi apresentado num artigo que será publicado a 18 de julho de 2013 na revista Science Express.

A equipe é composta por C. Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, EUA), K. I. Öberg (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, EUA), D. J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, EUA), P. d’Alessio (Centro de Radioastronomía y Astrofisica, Universidad Nacional Autónoma de México, México), E. Bergin (Department of Astronomy, University of Michigan, EUA), S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, EUA), G. A. Blake (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, EUA), M. R. Hogerheijde (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Holanda) e E. F. van Dishoeck (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Alemanha).

Qi e Öberg são ambos autores principais deste trabalho.

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a pesquisa em astronomia e é o observatório astronômico mais produtivo do mundo.

O ESO é  financiado por 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça.

O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e funcionamento de observatórios astronômicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrônomos importantes descobertas científicas.

O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação nas pesquisas astronômicas.

O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta, no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor.

No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronômico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio.

O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível.

O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio ALMA, o maior projeto astronômico que existe atualmente.

O ESO está planejando o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio de 39 metros que observará na banda do visível e infravermelho próximo. O E-ELT será “o maior olho no céu do mundo”.

Fonte: ESO
Via: Cienctec