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ALMA revela a adolescência de novos mundos

Pela primeira vez, astrônomos capturaram um retrato detalhado de sistemas planetários em uma era há muito envolta em mistério.

Esta galeria ARKS de discos de detritos tênues revela detalhes sobre seu formato: cinturões com múltiplos anéis, halos amplos e suaves, bordas nítidas e arcos e aglomerados inesperados, que sugerem a presença de planetas moldando esses discos; composição química: as cores âmbar destacam a localização e a abundância da poeira nos 24 discos analisados, enquanto o azul destaca a localização e a abundância do monóxido de carbono nos seis discos ricos em gás. Crédito: Sebastián Marino, Sorcha Mac Manamon e a colaboração ARKS

Pela primeira vez, astrônomos capturaram um retrato detalhado de sistemas planetários em uma era há muito envolta em mistério. O levantamento ALMA para Resolver Subestruturas do Cinturão de Kuiper (ARKS), utilizando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), produziu as imagens mais nítidas já obtidas de 24 discos de detritos, os cinturões de poeira deixados após a formação completa dos planetas.

Esses discos são o equivalente cósmico da adolescência para sistemas planetários — um pouco mais maduros do que discos recém-nascidos em formação de planetas, mas ainda não estabelecidos na fase adulta. As observações foram publicadas na revista Astronomy & Astrophysics .

Um elo perdido nos álbuns de família planetários

"Frequentemente vemos as 'imagens de bebês' da formação de planetas, mas até agora, a 'adolescência' era um elo perdido", diz Meredith Hughes, professora associada de Astronomia na Universidade Wesleyan, em Middletown, Connecticut, EUA, e co-investigadora principal deste estudo.

" Os discos de detritos representam a fase de formação planetária dominada por colisões", explica Thomas Henning, cientista do MPIA (Instituto Max Planck de Astronomia) e um dos coinvestigadores principais do ARKS.

"Com o ALMA, conseguimos caracterizar as estruturas dos discos que indicam a presença de planetas. Paralelamente, com imagens diretas e estudos de velocidade radial, estamos buscando planetas jovens nesses sistemas."

O equivalente dessa fase em nosso próprio sistema solar é o Cinturão de Kuiper , um anel de detritos gelados além de Netuno que preserva um registro de colisões massivas e migrações planetárias de bilhões de anos atrás. Ao estudar 24 cinturões de detritos exoplanetários, a equipe do ARKS abriu uma janela para o que nosso sistema solar passou enquanto a Lua estava se formando e os planetas disputavam seus lugares definitivos, às vezes trocando de órbita!

Discos da adolescência: Difícil de fotografar, impossível de ignorar

Os discos de detritos são tênues, centenas ou até milhares de vezes mais fracos do que os discos brilhantes e ricos em gás onde os planetas nascem. A equipe do ARKS superou esses desafios e produziu imagens desses discos com detalhes sem precedentes.

Como adolescentes fugindo da câmera, esses discos tênues conseguiram se esconder dos astrônomos por anos. Mas, graças ao ALMA, os astrônomos agora podem ver suas estruturas complexas: cinturões com múltiplos anéis , halos amplos e suaves, bordas nítidas e até mesmo arcos e aglomerados inesperados.

No entanto, o ALMA, com suas dezenas de radiotelescópios individuais, não tira fotos no sentido clássico. Em vez disso, ele coleta sinais de rádio emitidos por partículas de poeira e moléculas, que precisam ser processados e correlacionados posteriormente. Cada telescópio contribui para a imagem final, sintetizada a partir do fluxo de ondas de rádio.

"Estamos vendo uma diversidade real — não apenas anéis simples, mas cinturões com múltiplos anéis, halos e fortes assimetrias, revelando um capítulo dinâmico e violento nas histórias planetárias", acrescenta Sebastián Marino, líder do programa ARKS e professor associado da Universidade de Exeter, no Reino Unido.

Destaques e estreias do ARKS

Um novo marco: o ARKS é o maior levantamento de discos de detritos, com a mais alta resolução, semelhante a um "DSHARP para discos de detritos", estabelecendo um novo padrão de excelência.

Uma juventude dinâmica e violenta: Cerca de um terço dos discos observados mostram subestruturas claras (múltiplos anéis ou lacunas distintas), sugerindo características herdadas de estágios anteriores de formação planetária ou esculpidas por planetas ao longo de escalas de tempo muito maiores.

Diversidade inesperada: enquanto alguns discos herdam estruturas complexas de seus primeiros anos, outros se tornam mais suaves e se espalham em faixas amplas, de forma semelhante à maneira como esperamos que o sistema solar tenha se desenvolvido.

Indícios de "agitação" planetária : Muitos discos mostram evidências de zonas de calma e caos, com regiões verticalmente "inchadas", semelhantes à mistura de objetos serenos do Cinturão de Kuiper clássico e aqueles dispersos pela antiga migração de Netuno.

Sobreviventes surpreendentes do gás : Vários discos retêm gás por muito mais tempo do que o esperado. Em alguns sistemas, o gás remanescente pode moldar a composição química de planetas em formação ou até mesmo impulsionar a poeira para halos extensos.

Assimetrias e arcos: Muitos discos são assimétricos, com arcos brilhantes ou formas excêntricas, sugerindo empurrões gravitacionais de planetas invisíveis, cicatrizes remanescentes da migração planetária ou interações entre o gás e a poeira.

Divulgação pública de dados: Todas as observações e dados processados do ARKS estão sendo disponibilizados gratuitamente para astrônomos do mundo todo, possibilitando novas descobertas.

Implicações: Seu sistema solar já foi uma aventura selvagem

Os resultados do ARKS mostram que essa fase da adolescência é um período de transição e turbulência. "Esses discos registram um período em que as órbitas planetárias estavam sendo alteradas e impactos enormes, como o que formou a Lua da Terra, estavam moldando sistemas solares jovens", diz Luca Matrà, um dos pesquisadores principais do estudo e professor associado do Trinity College Dublin, na Irlanda.

Ao analisar dezenas de discos ao redor de estrelas de diferentes idades e tipos, o ARKS ajudou a decifrar se as características caóticas são herdadas, esculpidas por planetas ou surgem de outras forças cósmicas. Responder a essas perguntas pode revelar se a história do nosso sistema solar foi única ou a norma.

Olhando para o futuro: Em busca de arquitetos planetários

As descobertas do levantamento ARKS são um tesouro para os astrônomos que buscam planetas jovens e procuram entender como famílias de planetas, como a nossa, são formadas e reorganizadas.

"Este projeto nos oferece uma nova perspectiva para interpretar as crateras da Lua, a dinâmica do Cinturão de Kuiper e o crescimento de planetas grandes e pequenos. É como adicionar as páginas que faltavam ao álbum de família do sistema solar", acrescenta Hughes.

Detalhes da publicação

S. Marino et al. O levantamento ALMA para resolver subestruturas do cinturão de Kuiper (ARKS) — I: Motivação, amostra, redução de dados e visão geral dos resultados. Astronomy & Astrophysics (2026). DOI: 10.1051/0004-6361/202556489 . www.mpg.de/26005548/arks_part_…verview_preprint.pdf

Informações sobre o periódico: Astronomia e Astrofísica