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Gás em movimento rápido fluindo para longe de uma jovem estrela, causado pela vaporização do cometa gelado
Um estágio único da evolução do sistema planetário foi imaginado por astrônomos, mostrando o gás monóxido de carbono em movimento rápido fluindo de um sistema estelar a mais de 400 anos-luz de distância
Por Universidade de Cambridge - 30/11/2020


Impressão artística do sistema, com a estrela no centro e o cinturão de poeira interno do qual o gás é produzido e disperso para os confins do sistema. Crédito: Instituto de Astronomia, Universidade de Cambridge

Um estágio único da evolução do sistema planetário foi imaginado por astrônomos, mostrando o gás monóxido de carbono em movimento rápido fluindo de um sistema estelar a mais de 400 anos-luz de distância, uma descoberta que oferece uma oportunidade de estudar como nosso próprio sistema solar se desenvolveu.

Os astrônomos detectaram gás monóxido de carbono em rápida movimentação saindo de um jovem, estrela baixa massa : um estágio único da evolução do sistema planetário que pode fornecer uma visão sobre como nosso próprio sistema solar evoluiu e sugere que a maneira como os sistemas se desenvolvem pode ser mais complicada do que pensado anteriormente.

Embora ainda não esteja claro como o gás está sendo ejetado tão rápido, a equipe de pesquisadores, liderada pela Universidade de Cambridge, acredita que ele pode ser produzido a partir de cometas gelados vaporizados no cinturão de asteróides da estrela . Os resultados serão apresentados na conferência virtual Five Years After HL Tau, em dezembro.

A detecção foi feita com o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) no Chile, como parte de um levantamento de estrelas jovens de 'classe III', relatado em um artigo anterior. Algumas dessas estrelas de classe III são cercadas por discos de detritos, que se acredita serem formados por colisões contínuas de cometas, asteróides e outros objetos sólidos , conhecidos como planetesimais, nas áreas externas de sistemas planetários recentemente formados. As sobras de poeira e detritos dessas colisões absorvem a luz de suas estrelas centrais e re-irradiam essa energia como um brilho fraco que pode ser estudado com o ALMA.

Nas regiões internas dos sistemas planetários, espera-se que os processos de formação de planetas resultem na perda de toda a poeira mais quente, e as estrelas da classe IIII são aquelas que ficam com - no máximo - poeira fria e fraca. Esses tênues cinturões de poeira fria são semelhantes aos discos de detritos conhecidos vistos ao redor de outras estrelas, semelhantes ao cinturão de Kuiper em nosso próprio sistema solar, que é conhecido por hospedar asteróides e cometas muito maiores.

"Esperamos que o ALMA volte a ficar online no próximo ano e faremos o caso para observar este sistema novamente com mais detalhes", disse Lovell. "Dado o quanto aprendemos sobre este estágio inicial da evolução do sistema planetário com apenas uma curta observação de 30 minutos, ainda há muito mais que este sistema pode nos dizer."


Na pesquisa, a estrela em questão, 'NO Lup', que tem cerca de 70% da massa do nosso Sol, foi encontrada com um disco empoeirado de baixa massa, mas foi a única estrela de classe III onde o gás monóxido de carbono foi detectado, a primeira vez para este tipo de jovem estrela com ALMA. Embora se saiba que muitas estrelas jovens ainda hospedam os discos formadores de planetas ricos em gás com os quais nascem, NO Lup é mais evoluído, e seria de se esperar que tivesse perdido esse gás primordial após a formação de seus planetas.
 
Embora a detecção de monóxido de carbono seja rara, o que tornou a observação única foi a escala e a velocidade do gás, o que levou a um estudo de acompanhamento para explorar seu movimento e origens.

"Apenas detectar gás monóxido de carbono foi emocionante, já que nenhuma outra estrela jovem desse tipo havia sido fotografada anteriormente pelo ALMA", disse o primeiro autor Joshua Lovell, um Ph.D. estudante do Instituto de Astronomia de Cambridge. "Mas quando olhamos mais de perto, encontramos algo ainda mais incomum: considerando a distância que o gás estava da estrela, ele estava se movendo muito mais rápido do que o esperado. Isso nos deixou intrigados por um bom tempo."

Grant Kennedy, bolsista de pesquisa da Royal Society University na University of Warwick, que liderou o trabalho de modelagem do estudo, apresentou uma solução para o quebra-cabeça. "Encontramos uma maneira simples de explicar: modelando um anel de gás, mas dando ao gás um impulso extra para fora", disse ele. "Outros modelos foram usados ​​para explicar discos jovens com mecanismos semelhantes, mas este disco é mais como um disco de detritos onde não vimos ventos antes. Nosso modelo mostrou que o gás é totalmente consistente com um cenário no qual está sendo lançado fora o sistema a cerca de 22 quilômetros por segundo, o que é muito maior do que qualquer velocidade orbital estável. "

Uma análise posterior também mostrou que o gás pode ser produzido durante as colisões entre asteróides ou durante os períodos de sublimação - a transição de uma fase sólida para uma fase gasosa - na superfície dos cometas da estrela, que devem ser ricos em monóxido de carbono.

Houve evidências recentes desse mesmo processo em nosso próprio sistema solar a partir da missão New Horizons da NASA, quando observou o objeto do Cinturão de Kuiper Ultima Thule em 2019 e encontrou a evolução da sublimação na superfície do cometa, o que aconteceu há cerca de 4,5 bilhões de anos. O mesmo evento que vaporizou cometas em nosso sistema solar bilhões de anos atrás pode, portanto, ter sido capturado pela primeira vez a mais de 400 anos-luz de distância, em um processo que pode ser comum em torno de estrelas formadoras de planetas e tem implicações em como todos os cometas , asteróides e planetas evoluem.

"Esta estrela fascinante está lançando luz sobre que tipo de processos físicos estão moldando os sistemas planetários logo após eles nascerem, logo após terem emergido de serem envoltos por seu disco protoplanetário", disse o co-autor Professor Mark Wyatt, também do Instituto de Astronomia. "Embora tenhamos visto gás produzido por planetesimais em sistemas mais antigos, a taxa de cisalhamento na qual o gás está sendo produzido neste sistema e sua natureza de saída são bastante notáveis, e apontam para uma fase da evolução do sistema planetário que estamos testemunhando aqui pela primeira vez Tempo."

Embora o quebra-cabeça não esteja totalmente resolvido e uma modelagem mais detalhada seja necessária para entender como o gás está sendo ejetado tão rapidamente, o que é certo é que este sistema está definido para ser o alvo de medições de acompanhamento mais intensas.

"Esperamos que o ALMA volte a ficar online no próximo ano e faremos o caso para observar este sistema novamente com mais detalhes", disse Lovell. "Dado o quanto aprendemos sobre este estágio inicial da evolução do sistema planetário com apenas uma curta observação de 30 minutos, ainda há muito mais que este sistema pode nos dizer."

 

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