ABERTURA EM DISCO DE ESTRELA PODE INDICAR MULTIPLOS PLANETAS

O instrumento HiCIAO acoplado ao Telescópio Subaru capturou esta imagem infravermelha do disco protoplanetário em torno da estrelas PDS 70. Uma máscara de software bloqueou a luz na vizinhança imediata da estrela central. As cores na imagem indicam a luminosidade da radiação infravermelha; a área esbranquiçada tem uma radiação infravermelha mais forte do que as áreas azuladas. A área escura perto de PDS 70, fora da máscara, é a lacuna referida no texto. Crédito: NAOJ
Uma equipe internacional de astrônomos, liderada por Jun Hashimoto (Japão) e Ruobing Dong (EUA) usou o instrumento HiCIAO acoplado ao Telescópio Subaru para observar PDS 70 (de "Pico dos Dias Survey", um nome de catálogo baseado no grande estudo dos anos 90 decorrido no Observatório Pico dos Dias, no Brasil. Cerca de cem objetos foram catalogados.
O 70º objeto na lista foi o alvo desta pesquisa, uma estrela jovem com cerca de 10 milhões de anos e com uma massa semelhante à do Sol. As imagens capturadas a partir das observações mostram claramente uma lacuna gigante dentro do disco protoplanetário, a maior já encontrada em estrelas com baixa massa e semelhantes ao Sol. É em discos protoplanetários que se formam planetas, e a força gravitacional de planetas recém-nascidos pode explicar o enorme espaço entre o limite interno do disco e a estrela central. Nenhum planeta, independentemente de quão pesado ou eficiente é na sua formação, é suficiente para criar uma abertura tão grande. Os pesquisadores pensam que a lacuna no disco protoplanetário de PDS 70 pode ter resultado do nascimento de vários planetas. As imagens de alto contraste a partir das observações permitiram aos cientistas estudar os detalhes do disco, e em seguida foram capazes de revelar diretamente o local de formação de possivelmente um ou mais planetas. A equipe de pesquisa está agora tentando detectar esses planetas.
Os discos protoplanetários ocorrem em torno de muitas estrelas tipo-Sol; são compostos por gás e poeira que rodeiam as estrelas e providenciam os materiais a partir de onde os planetas como a Terra são formados. Os astrônomos observam os discos protoplanetários para melhor compreender a sua evolução e a formação de planetas. Os discos em torno de estrelas mais pesadas tendem a ser mais prolongados e mais brilhantes, e portanto mais fáceis de estudar em detalhe; as estrelas menos massivas representam um desafio maior para a pesquisa. O objetivo do Projecto SEEDS (Strategic Exploration of Exoplanets and Disks with Subaru), iniciado em 2009, é estudar os discos em torno de estrelas menos massivas como o Sol.
Como parte do Projecto SEEDS, a equipe escolheu como alvo PDS 70, localizada a cerca de 460 anos-luz na direção da constelação de Centauro, que tem 90% da massa do Sol. Tem uma idade estimada em aproximadamente 10 milhões de anos, ou seja, é muito jovem em termos cósmicos relativamente ao tempo de duração de 10 mil milhões de anos de estrelas como o Sol e à sua idade atual de 4,6 bilhões de anos. Observações anteriores da distribuição da energia espectral e observações diretas pelo VLT no Chile, sugeriram a presença de um disco, mas não foram capazes de determinar os detalhes da sua estrutura.
As observações com o HiCIAO acoplado do Telescópio Subaru mostram claramente um espaço de baixa densidade entre PDS 70 e a borda interior do disco em seu redor, com um raio tão grande quanto 70 UA (unidade astronômica, a distância entre a Terra e o Sol, cerca de 150 milhões de quilômetros). A primeira imagem mostra uma área mais escura na vizinhança da estrela, o que significa que existe aí menos material. As imagens de alto contraste obtidas pelo HiCIAO permitiram a descoberta.
O enorme tamanho da lacuna no disco em torno de PDS 70 levou a equipe a questionar a formação da mesma. Ao estudar os detalhes da distribuição da energia espectral (traçando o brilho da luz em comparação com o comprimento de onda) da estrela em si e o disco, descobriram um outro disco a uma distância de apenas 1 UA. A segunda imagem ilustra a estrutura de disco duplo. O disco interior, menor, está muito próximo da estrela, mas as observações atuais não mostram claramente essa parte do disco porque está por trás da máscara HiCIAO, que bloqueia a brilhante luz da estrela central. As forças gravitacionais do(s) planeta(s) embebido(s) no disco podem ser responsáveis por este tipo de lacuna no disco, pois podem afastar o material do disco, e a "limpeza" de material significa que menos radiação infravermelha é emitida dessa área. Seria muito difícil um único planeta ser responsável pela criação da abertura. No entanto, a realização de observações para detectar tais planetas é difícil, porque a luz difusa do disco pode obscurecer a luz muito fraca emitida pelos planetas.
As imagens de alto contraste obtidas pelo HiCIAO revelaram detalhes surpreendentes do disco protoplanetário de PDS 70. O líder da equipe, Jun Hashimoto, comentou: "Graças à combinação poderosa do Telescópio Subaru e do HiCIAO, somos capazes de estudar os discos em torno de estrelas semelhantes ao Sol. PDS 70 mostra como o nosso Sistema Solar pode ter sido na sua infância. Quero continuar este tipo de pesquisa para entender a história da formação planetária." Ruobing Dong, também líder da equipe, concordou e acrescentou: "A imagem direta de planetas no processo de formação em discos protoplanetários seria o ideal, para que possamos aprender quando, onde e como os planetas são formados."
A equipe está consciente do desafio que o contraste entre os planetas muito tênues e as suas estrelas-mãe. Além disso, a elevada atividade e variabilidade da luz de estrelas jovens torna as observações ainda mais difíceis. A detecção de planetas gigantes é mais fácil, porque causa mais perturbações gravitacionais nos discos. Dado que os planetas gigantes criam espaços mais amplos nos discos, as suas estruturas induzidas são mais fáceis de observar. "O estudo SEEDS de sistemas como PDS 70, com uma lacuna gigante que pode ter sido esculpida por vários planetas gigantes, abre um caminho promissor para estudar diretamente a formação planetária em discos," concluiu Ruobing.