O instrumento ALMA descobriu um sistema binário com estranhos discos protoplanetários

Esta impressão artística mostra um notável par de discos de gás muito desalinhados situados em torno de ambas as estrelas jovens do sistema binário HK Tauri. Observações deste sistema obtidas com o ALMA nos deram a melhor imagem de um disco protoplanetário em um sistema binário. Os novos resultados demonstram uma possível maneira de explicar por que é que tantos exoplanetas — contrariamente aos planetas do Sistema Solar — apresentam estranhas órbitas excêntricas ou inclinadas. Crédito: © R. Hurt (NASA/JPL-Caltech/IPAC)

 Os astrônomos descobriram, com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), um par de discos de gás muito desalinhados a formar planetas em torno de ambas as estrelas jovens do sistema binário HK Tauri. Estas novas observações do ALMA nos deram a imagem mais nítida já feita de um disco protoplanetário em um sistema binário.

 Este novo resultado ajuda também a explicar por que é que tantos exoplanetas — contrariamente aos planetas do Sistema Solar — têm estranhas órbitas excêntricas ou inclinadas. Contrariamente ao nosso Sol solitário, a maioria das estrelas formam-se em pares — duas estrelas que orbitam em torno uma da outra.

 As estrelas binárias são muito comuns, mas nos colocam uma série de questões, incluindo como e onde é que os planetas se formam nestes meios tão complexos.

 “O ALMA nos forneceu a melhor imagem obtida até agora de um sistema binário com discos protoplanetários — e descobrimos que os discos estão mutuamente desalinhados!”, disse Eric Jensen, astrônomo no Swarthmore College, Pensilvânia, Estados Unidos.

 As duas estrelas do sistema HK Tauri, que localizam-se a cerca de 4.500 anos-luz de distância da Terra na constelação do Touro, têm menos de cinco milhões de anos de idade e estão separadas cerca de 58 milhões de quilômetros — o que corresponde a 13 vezes a distância entre Netuno e o Sol.

Este mapa mostra a constelação do Touro, onde estão assinaladas todas as estrelas visíveis num céu noturno escuro e límpido. Para além dos famosos enxames estelares das Híades e das Plêiades, esta região do céu contém igualmente nuvens escuras de poeira, sendo um local de formação estelar. Entre estas estrelas recém formadas estão as HK Tauri (marcadas com um círculo vermelho). Esta estrela dupla é muito tênue e vermelha, só podendo ser observada visualmente com grandes telescópios. Crédito: © ESO, IAU and Sky & Telescope

 A estrela mais tênue, HK Tauri B, encontra-se rodeada por um disco protoplanetário visto de lado, que bloqueia a luz emitida pela estrela. Uma vez que a radiação estelar se encontra bloqueada, os astrônomos podem facilmente obter uma boa imagem do disco observando na luz visível ou nos comprimentos de onda do infravermelho próximo.

 A estrela companheira, HK Tauri A, também possui um disco, mas neste caso, o disco não bloqueia a radiação estelar. Consequentemente, o disco não pode ser observado na luz visível já que o seu brilho tênue desaparece no brilho intenso da estrela.

 No entanto, o disco brilha intensamente nos comprimentos de onda do milímetro, os quais são facilmente detectados pelo ALMA. Com o auxílio do ALMA, a equipa conseguiu não apenas observar o disco em torno da HK Tauri A, mas pôde também, e pela primeira vez, medir a sua rotação.

 Esta imagem permitiu aos astrônomos calcular que os dois discos estão desalinhados de, pelo menos, 60 graus. Ou seja, ao invés de estarem no mesmo plano das órbitas das duas estrelas, pelo menos um dos discos encontra-se desalinhado de modo significativo.

Esta imagem de grande angular mostra parte da região de formação estelar do Touro com muita poeira e pequenos nodos de formação estelar. A estrela tênue situada no centro da imagem é o jovem sistema binário HK Tauri. Esta imagem foi criada a partir de dados do Digitized Sky Survey 2. Crédito: © ESO/Digitized Sky Survey 2. Reconhecimento: Davide De Martin

 “Este desalinhamento bastante claro nos deu uma visão interessante deste jovem sistema binário”, disse Rachel Akeson do Exoplanet Science Institute da NASA, no California Institute of Technology, nos Estados Unidos.

 “Embora existam observações anteriores que indicam este tipo de sistemas desalinhados, as novas observações do HK Tauri mostram de forma muito mais clara o que realmente se passa num destes sistemas”.

 As estrelas e planetas formam-se a partir de vastas nuvens de gás e poeira. À medida que o material nestas nuvens se contrai sob o efeito da gravidade, a nuvem começa a rodar até que a maioria do gás e da poeira se encontra num disco aplanado protoplanetário que gira em torno da protoestrela central em formação. No entanto, no caso de sistemas binários como o HK Tauri, este processo é muito mais complexo.

 Quando as órbitas das estrelas e dos discos protoplanetários não se encontram aproximadamente no mesmo plano, qualquer planeta que se forme acabará em órbitas altamente excêntricas e inclinadas — a atração gravitacional de uma das estrelas perturbará o outro disco, fazendo com que este oscile ou sofra precessão, e vice versa — um planeta que se esteja a formar num destes discos será também perturbado pela outra estrela, que inclinará ou deformará a sua órbita.

Esta imagem do sistema binário HK Tauri combina dados no visível e infravermelho obtidos pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA com novos dados obtidos pelo ALMA. Crédito: © B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); K. Stapelfeldt et al. (NASA/ESA Hubble)

 “Os nossos resultados mostram que existem as condições necessárias para modificar as órbitas planetárias e que estas condições estão presentes no momento da formação do planeta, aparentemente devido ao processo de formação de um sistema binário de estrelas”, disse Jensen.

 “Não podemos pôr de parte outras teorias, mas podemos certamente dizer que uma segunda estrela resolve esta questão”.

 Uma vez que o ALMA pode observar os discos protoplanetários de gás e poeira, invisíveis de outro modo, o telescópio nos deu a oportunidade de ver este jovem sistema binário como nunca tinha sido possível até agora.

“Uma vez que estamos a observar as fases iniciais de formação com os discos protoplanetários ainda existentes, podemos ver melhor como a matéria se orienta”, explica Akeson.

 Num futuro próximo, os investigadores pretendem determinar se este tipo de sistemas é ou não típico. A equipa está consciente que este é um caso individual notável, no entanto são necessários rastreios adicionais para determinar se este tipo de desalinhamento é comum na nossa galáxia, a Via Láctea.

Esta imagem mostra dados de velocidade obtidos com o ALMA, que ajudaram os astrônomos a determinar que os discos na HK Tauri estavam desalinhados. As áreas vermelhas representam material a se afastar de nós, enquanto os azuis representam material que se desloca na nossa direção. Crédito: © NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

 Jensen conclui: “Apesar deste mecanismo ser um enorme passo em frente, não consegue no entanto explicar todas as estranhas órbitas dos planetas extrasolares — pelo simples fato de não existirem companheiras binárias suficientes para que esta seja uma resposta única”.

 “Por isso, temos ainda mistérios interessantes para serem resolvidos!”.

 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.

Este vídeo leva-nos desde uma imagem geral do céu até às regiões profundas das nuvens de formação estelar do Touro. A sequência final mostra uma impressão artística de HK Tauri, uma estrela dupla jovem que apresenta discos protoplanetários em torno de cada uma das suas componentes. Crédito: © ESO/Digitized Sky Survey 2/N. Risinger (skysurvey.org). Música: Movetwo

 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 científico intitulado “Misaligned Protoplanetary Disks in a Young Binary Star System”, de Eric Jensen e Rachel Akeson, que foi publicado hoje na revista Nature.

 A equipa é composta por Eric L. N. Jensen (Dept. of Physics & Astronomy, Swarthmore College, E.U.A) e Rachel Akeson (NASA Exoplanet Science Institute, IPAC/Caltech, Pasadena, E.U.A).

Artigo científico:

 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 do mundo virado para o céu”.

‣ Fonte: ESO (European Southern Observatory)