Essas imagens de radar maciças e rodopiantes mostradas na TV durante a temporada de furacões podem ter um análogo inesperado nas profundezas do cosmos – tempestades extra-solares de poeira e gás das quais planetas nascentes começam a se formar.

Ambas as tempestades – terrestres e extra-solares – apresentam redemoinhos de vapor. Ambos usam calor latente para sustentar seu prodigioso movimento circulante em face da dissipação de drenagem de energia.

Mas enquanto a temporada de furacões no Atlântico dura quatro meses por ano e é restrita a uma parte do planeta Terra, as tempestades espaciais podem ocorrer ao longo de milhões de anos e ocorrer em discos protoplanetários em todo o universo.

Konstantin Gerbig, estudante de pós-graduação no Departamento de Astronomia, e Gregory Laughlin, professor de astronomia na Faculdade de Artes e Ciências de Yale, documentaram um mecanismo que pode alimentar essas tempestades espaciais e observaram a maneira como elas refletem furacões terrestres.

Enquanto os meteorologistas continuam monitorando a temporada de furacões no Atlântico deste ano, o Yale News conversou com Gerbig e Laughlin sobre suas descobertas – e que informações eles podem fornecer sobre tempestades semelhantes a furacões próximas e distantes.

Gregory Laughlin: Antes de me mudar para a Costa Leste da Califórnia, tempestades tropicais e furacões eram uma preocupação distante para mim. Mas há um certo imediatismo em ver um “Aviso de Tempestade Tropical” no celular, o que me levou a perceber que eu realmente não entendia a física dos furacões. Isso me fez ler a literatura, especialmente os artigos de Kerry Emanuel no MIT. Passei a apreciar a importância do calor latente da água na condução do processo e percebi que podem existir condições muito análogas nos discos formadores de planetas de gás e poeira orbitando estrelas jovens.

Konstantin Gerbig: As tempestades extraterrestres que imaginamos dependem de um mecanismo muito semelhante ao que impulsiona os furacões na Terra.

Os furacões dependem da água quente do oceano nos trópicos. Os ventos fortes agitam a superfície da água e, no processo, saturam o ar do furacão com água, levando à formação de nuvens e chuvas fortes. A liberação de calor latente no olho do furacão leva a uma vigorosa convecção ascendente que, por sua vez, leva a velocidades de vento mais rápidas. Este 'motor' é desligado quando o furacão é privado de seu abastecimento de água ao atingir a terra.

Embora os discos protoplanetários não tenham um oceano ou água líquida em geral, eles são ricos em grãos de poeira que são envoltos em um revestimento de água e gelo. Assim como os furacões na Terra, propusemos que os ventos nos discos protoplanetários podem se intensificar significativamente se puderem acessar a energia escondida na fase sólida do gelo da água. Como tal, a fonte de energia para furacões extra-solares é a mesma que para furacões na Terra. Outra semelhança é que ambos os mecanismos são dependentes da eficiência da mistura entre os ventos gasosos e a água e, como resultado, a tempestade no disco também deixaria de existir se os grãos de poeira fossem removidos.

Gerbig: Para mostrar que essas tempestades extraterrestres são realmente viáveis, nos concentramos em duas questões: os discos protoplanetários oferecem condições favoráveis ??para que o mecanismo proposto funcione em primeiro lugar? Em segundo lugar, o motor é forte o suficiente para compensar a perda de energia a que está sujeito por estar embutido em um disco protoplanetário viscoso?

Para responder a essas perguntas, o ideal seria observar observações reais de discos protoplanetários. No entanto, embora as observações de tais discos tenham ficado cada vez melhores nos últimos anos, a resolução de nossos telescópios permanece muito abaixo do que seria necessário para ver tempestades do tamanho que prevemos para os furacões propostos. Por causa disso, realizamos simulações de computador para testar a viabilidade de nossas tempestades.

O plano era descobrir quais condições iniciais são necessárias para produzir uma tempestade que possa lutar contra uma determinada viscosidade, que é uma medida do atrito interno do disco. Dessa forma, conseguimos restringir o local ideal para que tais tempestades operem logo fora da chamada linha de água-neve – um local-chave nos discos protoplanetários que marcam a fronteira entre o vapor de água e o gelo da água. Um desafio na interpretação de nossas simulações é a viscosidade do disco, que é considerada uma propriedade desconhecida e consequentemente muito debatida dos discos protoplanetários. Descobrimos que nosso mecanismo funciona melhor para discos protoplanetários que são de viscosidade relativamente baixa.

Gerbig: Prevemos que o análogo de furacão em discos protoplanetários pareça bastante semelhante em estrutura de fluxo aos furacões terrestres. Ambas são tempestades rotativas centradas em torno de uma região de 'olho' na qual a convecção opera. Também prevemos que a tempestade extraterrestre seja aprimorada no conteúdo de água, assim como os furacões têm padrões de nuvens facilmente reconhecíveis.

Existem também algumas diferenças interessantes. Por exemplo, esperamos que o furacão extraterrestre seja um anticiclone (girando na direção oposta de um furacão terrestre). Isso ocorre porque o disco protoplanetário possui uma rotação inerente que difere da rotação de um planeta, de modo que apenas tempestades anticiclônicas podem estar em equilíbrio geostrófico. Além disso, como a gravidade no disco protoplanetário puxa para o plano médio do disco, existem duas direções 'para cima' nos discos, o que leva a duas tempestades, uma acima e outra abaixo do plano médio.

Gerbig: Nosso mecanismo proposto seria importante para entender a formação do planeta, pois o furacão extraterrestre capturaria partículas de poeira da mesma forma que o furacão terrestre pode prender um bando de pássaros. Se o vórtice tiver vida longa o suficiente e for continuamente abastecido com nova poeira e seixos, pode servir como local para a coagulação da poeira e a formação de embriões planetários. Este é um resultado muito empolgante, pois seria outro indicador da linha água-neve como um local de importância crucial nos discos protoplanetários.