Conceito mostrando uma estrela semelhante ao Sol jovem rodeada por um disc
o de formação planetária de gás e poeira. Crédito: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle
Os planetas se formam mais comumente em sistemas estelares com concentrações relativamente elevadas de elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio, sugere um novo estudo.
Tais elementos mais pesados são necessários para formar os grãos de poeira e planetesimais que constroi núcleos planetários , de acordo com o estudo, que foi realizado por pesquisadores Jarrett Johnson e Li Hui de Los Alamos National Laboratory, no Novo México.
Além disso, evidências sugerem que os discos de poeira que cercam estrelas jovens não sobrevive no maior tempo em que as estrelas têm menores concentrações de elementos pesados , ou mais baixos "metalicidades" no jargão dos astrônomos. A razão mais provável para esta vida mais curta é que a luz da estrela faz com que nuvens de poeira passem a evaporar.
A nossa história cósmica tem várias epocas que definem, um dos quais é o ponto no qual os sistemas de estrela começou a formar planetas. Elementos pesados, como o silício, carbono e oxigênio primeiro precisava ser criado a partir de explosões de estrelas supernovas enormes chamado e os núcleos estelares das primeiras gerações de estrelas antes que os primeiros planetas poderiam se formar.
Nosso cálculo é uma estimativa da quantidade mínima de elementos pesados que devem estar presentes em discos circum antes planetas podem se formar", disse Johnson. "Porque estes elementos pesados devem ser produzidos pelas primeiras estrelas do universo, os primeiros planetas só poderia formar em torno de gerações posteriores de estrelas."
Compreender como os primeiros planetas formados fornece informações cruciais sobre o Universo primordial . Além disso, uma melhor compreensão da formação planetária precoce afeta muitos aspectos da astronomia, incluindo a busca por vida em outros lugares, dizem os pesquisadores.
De acordo com Johnson e Li, uma teoria bem-sucedida de formação de planetas deve fazer previsões sobre as propriedades dos primeiros planetas e suas estrelas hospedeiras. Tal teoria poderia ser testada pelo estudo de muitos antigos sistemas planetários em nossa galáxia. O enriquecimento de gás com metais de supernovas é pensado para afetar não apenas a formação planetária, mas a formação de estrelas de pequena massa como a do nosso Sol também.
"Um planeta tão maciço e denso como a Terra só poderia formar uma vez estrelas e supernovas havia enriquecido o gás com uma abundância de elementos pesados que é pelo menos 10 por cento menor que no sol", disse Johnson. "Isto sugere que muitas gerações de estrelas teve que se formam e evoluem antes de planetas habitáveis poderiam se formar. "
Uma consideração importante para a formação planetária é a taxa de dispersão do disco circum de gás e poeira em torno de uma estrela hospedeira. Dois dos mecanismos mais importantes para dispersar um disco planetário são formação de planetas gigantes e photoevaporation pela estrela-mãe.
Photoevaporation parecem ser os mais dominantes observações do processo que mostram a baixa metalicidade discos que têm vidas mais curtas, que é sustentada por dados que mostraram maior metalicidade-discos são melhores "blindado" de evaporação por radiação de uma estrela hospedeira.
Johnson Li ainda afirma que os discos com maior metalicidade tendem a formar um maior número de planetas de grande massa gigantes.
Esta imagem do telescópio espacial Hubble mostra um disco protoplanetário de poeira em torno a estrela Fomalhaut (HD 216956). Crédito: NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (University of California, Berkeley), M. Clampin (NASA Goddard Space Flight Center), M. Fitzgerald (Lawrence Livermore National Laboratory), e K. Stapelfeldt e J. Krist (NASA Jet Propulsion Laboratory
O tempo de vida de pó
A fim de obter estimativas da metalicidade crítica necessária para a formação de planetas, Johnson e Li comparou o tempo de vida do disco e do período de tempo necessário para os grãos de poeira do disco para resolver. Basicamente, para um sistema de estrela para formar planetas, o tempo necessário para os grãos de pó para resolver não pode exceder a vida útil do disco.Uma vez que o tempo de estabilização para os grãos de pó depende da densidade e da temperatura do disco, que estão relacionados com a distância a partir da estrela hospedeira, a metalicidade crítico é também uma função da distância a partir da estrela hospedeira.
"Nosso cálculo é realmente bastante simples em comparação com muitos outros, como nós temos focado apenas no que acreditamos são os processos-chave que definem a escala de tempo necessária para a formação de planetesimais em baixa metalicidade", disse Johnson. "Estes são o crescimento de grãos de poeira em planetesimais e à destruição do disco pela radiação de alta energia da estrela hospedeira. Enquanto o cálculo é simples, ele mostra que os modelos atuais de formação do planeta pode, em princípio, explicar como o mais baixo planetas de metalicidade se forma. "
A equipe observa várias suposições feitas em suas comparações com os dados. A primeira hipótese é a de que metalicidade da superfície da estrela hospedeira é a mesma que a do disco protoestelar a partir do qual ele e os seus planetas são formados. Em segundo lugar, a equipe assume órbitas planetárias circulares. Quando órbitas são altamente excêntrica, comparando os dados para as previsões das teóricas é mais difícil. Por último, a equipe assume que por planetas não ter migrado para dentro em direção a sua estrela de seu local original de nascimento no disco.
Johnson Li e descobriu que a formação de planetesimais só pode ter lugar uma vez por metalicidade mínima seja alcançada em um disco protoestelar. Desde as primeiras estrelas que se formaram no universo (População III estrelas) não têm a metalicidade necessária para sediar planetas, acredita-se que as explosões de supernovas das estrelas tais ajudou a enriquecer subseqüentes (População II) estrelas, alguns dos quais ainda podem estar em existência e poderia abrigar planetas.
Os primeiros planetas
Com base nas suas equações, a equipa de verificar que alguns dos primeiros planetas pode ter se formado a uma distância de 0,03 unidades astronómicas da sua estrela-mãe. Uma unidade astronómica, ou UA, é a distância da Terra ao Sol, ou cerca de 93 milhões milhas (150 milhões de quilômetros). Para efeito de comparação, o planeta mais interno do nosso sistema solar, Mercúrio, orbita em pouco menos de 0,4 UA.Dadas as altas temperaturas provavelmente em 0,03 UA (estimado em cerca de 2.370 graus centígrados, ou 1.300 graus Celsius), os primeiros planetas provavelmente eram demasiado quente para abrigar vida como a conhecemos. [ Os mais estranhos planetas alienígenas ]
"Curiosamente, nossos resultados também sugerem que os primeiros planetas semelhantes à Terra podem ter se formado nas zonas habitáveis de estrelas ligeiramente mais massiva que o Sol ", disse Johnson. "Porque estrelas mais maciças queimar mais rápido, é possível que qualquer vida que evoluiu nesses planetas já pode ter morrido com a morte de sua estrela-mãe, o que pode ter vivido apenas 4000 milhões de anos em comparação com a vida útil de 10 anos bilhões previstos para o sol ".
Johnson e Li também que a formação de planetas como a Terra em si não é um pré-requisito suficiente para a vida para tomar posse, afirmando que as galáxias iniciais continha inúmeras supernovas e buracos negros - os dois fortes fontes de radiação que ameaçam a vida. Dadas as condições hostis no início do universo, espera-se que as condições adequadas para a vida fosse só estár presente após a formação da galáxia .
"No entanto, com a riqueza de novos exoplanetas sendo descobertos e caracterizados, a nossa teoria da metalicidade mínimo para a formação do planeta ainda pode ser contestada", disse Johnson. "Será emocionante ver como [o nosso modelo] mantém-se."
Pesquisa de Johnson e Li está programado para aparecer na revista Astrophysical Journal.
Esta história foi fornecido pela revista Astrobiology , uma publicação baseada na Web patrocinado pela NASA programa de astrobiologia .
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