Astrônomos mostram elementos orgânicos em cinco discos de formação de planetas

Astrônomos mostram elementos orgânicos em cinco discos de formação de planetas

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 15 de Setembro de 2021 às 15h40
M. Weiss/Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics

Uma equipe internacional de cientistas conseguiu mapear a composição química de discos protoplanetários ao redor de cinco estrelas jovens relativamente próximas da Terra. O estudo mostrou que a “sopa” de elementos não é distribuída de modo homogêneo nos discos, uma informação valiosa para os modelos teóricos e simulações de formação planetária.

Este foi o mais extenso mapeamento da composição química de discos protoplanetários em alta resolução já realizado, e resultou em uma série de 20 artigos, detalhando diversos aspectos importantes da formação de planetas. Os estudos serão úteis não só para a compreensão dos sistemas jovens analisados, mas para responder algumas perguntas sobre o nosso próprio Sistema Solar.

Distribuição de elementos orgânicos

(Imagem: Reprodução/M. Weiss/Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics)

O estudo revelou a presença e a localização específica de 18 moléculas nos discos, incluindo carbono, cianeto, hidrogênio, entre outras importantes para a formação dos chamados blocos de construção da vida. “Esses discos formadores de planetas estão repletos de moléculas orgânicas, algumas das quais estão implicadas nas origens da vida aqui na Terra”, disse a astrônoma Karin Öberg, uma das autoras do estudo.

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De acordo com o estudo, “a distribuição desses produtos orgânicos varia dramaticamente dentro de um disco específico”. Isso tem uma grande implicação na formação dos planetas: cada um terá propriedades específicas de acordo com a concentração de determinados elementos na região do disco em que eles se formam. Ou seja, dois mundos podem surgir na órbita da mesma estrela e ter composições muito distintas.

Outra implicação dessa descoberta é que, dependendo da região do disco onde se formam, cada planeta terá ou não uma predisposição para a vida. Por fim, cada disco também é bastante diferente dos demais em termos de composição, “com seu próprio conjunto distinto de subestruturas químicas”, disse Öberg. As estrelas analisadas foram: IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 e MWC 480.

Velocidade dos discos protoplanetários

Quatro dos cinco discos protoplanetários analisados (GM Aur, AS 209, HD 163296 e MWC 480). A linha superior mostra a emissão de poeira nos discos, enquanto a linha inferior mostra uma imagem composta de três cores da emissão das grandes moléculas orgânicas (HC3N em vermelho, CH3CN em verde e c-C3H2 em azul). Por fim, os círculos tracejados têm um raio de 50 unidades astronômicas e indicam a escala da região de formação de cometas em nosso próprio Sistema Solar (Imagem: Reprodução/Dr. JDIlee/University of Leeds)

Em discos protoplanetários, gás e poeira giram naturalmente em torno da estrela central, em uma velocidade constante e consistente, sem apresentar diferenças ou turbulências ao longo da superfície do disco. Contudo, se houver um planeta se formando abaixo da superfície de material protoplanetário, ele pode perturbar levemente o gás circunvizinho, causando um pequeno desvio na velocidade.

Outros sinais de que um mundo estaria se formando dentro da nuvem espessa que forma o anel protoplanetário é que o gás pode girar em espiral de forma inesperada, como consequência da gravidade do novo planeta. Infelizmente, os astrônomos não conseguem ver os planetas se formando nos cinco discos analisados, porque eles nascem envoltos a muito gás e poeira, mas, com as perturbações causadas pela gravidade desses jovens mundos, eles conseguiram identificar alguns “nascimentos”.

Analisando as velocidades do gás em dois dos cinco discos protoplanetários, em torno das estrelas HD 163296 e MWC 480, a equipe encontrou pequenos “surtos” na velocidade em certas regiões, revelando um planeta jovem semelhante a Júpiter em cada um dos dois discos. “À medida que os planetas crescem, eles acabam criando lacunas na estrutura dos discos para que possamos vê-los, mas o processo levará milhares de anos”, disse o Dr. Richard Teague.

Para confirmar que se tratam mesmo de dois mundos gigantes no interior desses anéis, os astrônomos pretendem usar o Telescópio Espacial James Webb, que deverá ser lançado no final de 2021.

Asteroides

Imagens dos discos protoplanetários em torno das estrelas AS 209 e HD 163296 (Imagem: Reprodução/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/Cataldi et al./Aikawa et al)

Essas regiões do disco em que as moléculas importantes estavam localizadas também são onde asteroides e cometas se formam. Os pesquisadores disseram ser possível que aconteça nesses cinco discos um processo semelhante ao que teria ajudado a iniciar a vida na Terra: um bombardeio de asteroides e cometas transfere moléculas orgânicas essenciais para a vida aos planetas recém-formados.

Ao analisar as moléculas, os cientistas também obtém informações sobre os níveis de ionização do disco, estruturas de temperatura, cinemática e densidades da superfície do gás, todos ingredientes-chave da evolução do disco e dos modelos de formação de protoplanetas — os blocos de construção dos mundos, que nem sempre têm sucesso em se transformar em planeta. Quando eles “fracassam”, podem se tornar asteroides gigantes, como é o caso de Vesta.

Tudo isso significa que se a distribuição de elementos orgânicos não for muito favorável à vida na região de formação de um determinado planeta, pode ser que a história mude caso este mundo seja atingido por asteroides e cometas que nasceram nas regiões mais ricas de elementos vitais. O estudo “respondeu pela primeira vez a perguntas que não imaginávamos fazer décadas atrás e também nos apresentou muitas outras perguntas para responder”, disse Öberg.

Essa pesquisa é o resultado de décadas de trabalho sobre a química dos discos formadores de planetas, realizado por cientistas usando o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). O projeto se chama Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS) e os artigos resultantes da pesquisa serão publicados na Astrophysical Journal Supplement Series. Portanto, é muito provável que muitas outras descobertas sejam anunciadas pela equipe do MAPS em breve.

Fonte: Sci-News, Phys.org (1, 2)

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