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Cuidado com a lacuna: os cientistas usam massa estelar para ligar exoplanetas a discos formadores de planetas
O novo estudo é o primeiro a mostrar que o número de discos com lacunas nessas regiões corresponde ao número de exoplanetas gigantes em um sistema estelar.
Por Amy C. Oliver, - 23/06/2021


Os discos protoplanetários são classificados em três categorias principais: transição, anel ou estendido. Essas imagens em cores falsas do Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) mostram essas classificações em contraste absoluto. À esquerda: o disco em anel de RU Lup é caracterizado por fendas estreitas que se acredita serem esculpidas por planetas gigantes com massas variando entre uma massa de Netuno e uma massa de Júpiter. Meio: o disco de transição de J1604.3-2130 é caracterizado por uma grande cavidade interna que se acredita ser esculpida por planetas mais massivos que Júpiter, também conhecidos como planetas Super-Jovianos. À direita: acredita-se que o disco compacto de Sz104 não contém planetas gigantes, uma vez que não possui as lacunas e cavidades reveladoras associadas à presença de planetas gigantes. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Dagnello (NRAO)

Usando dados de mais de 500 estrelas jovens observadas com o Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), os cientistas descobriram uma ligação direta entre as estruturas do disco protoplanetário - os discos formadores de planetas que circundam as estrelas - e a demografia do planeta. A pesquisa prova que estrelas de maior massa são mais propensas a estar rodeadas por discos com "lacunas" neles e que essas lacunas se correlacionam diretamente com a alta ocorrência de exoplanetas gigantes observados em torno dessas estrelas. Esses resultados fornecem aos cientistas uma janela no tempo, permitindo-lhes prever como seriam os sistemas exoplanetários em cada estágio de sua formação.

"Encontramos uma forte correlação entre lacunas nos discos protoplanetários e massa estelar , que pode estar ligada à presença de grandes exoplanetas gasosos", disse Nienke van der Marel, bolsista Banting do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Victoria em British Columbia, e o principal autor da pesquisa. " Estrelas de maior massa têm relativamente mais discos com lacunas do que estrelas de menor massa, consistentes com as já conhecidas correlações em exoplanetas, onde estrelas de maior massa hospedam mais frequentemente exoplanetas gigantes gasosos. Essas correlações nos dizem diretamente que lacunas em discos formadores de planetas são mais provavelmente causado por planetas gigantes com a massa de Netuno e acima. "

As lacunas nos discos protoplanetários há muito são consideradas como uma evidência geral da formação do planeta. No entanto, tem havido algum ceticismo devido à distância orbital observada entre os exoplanetas e suas estrelas. "Uma das principais razões pelas quais os cientistas foram céticos sobre a ligação entre lacunas e planetas antes é que exoplanetas em órbitas largas de dezenas de unidades astronômicas são raros. No entanto, exoplanetas em órbitas menores, entre uma e dez unidades astronômicas, são muito mais comum ", disse Gijs Mulders, professor assistente de astronomia na Universidad Adolfo Ibáñez em Santiago, Chile, e co-autor da pesquisa. "Acreditamos que os planetas que eliminam as lacunas migrarão para o interior mais tarde."

O novo estudo é o primeiro a mostrar que o número de discos com lacunas nessas regiões corresponde ao número de exoplanetas gigantes em um sistema estelar. "Estudos anteriores indicaram que havia muito mais discos com lacunas do que exoplanetas gigantes detectados", disse Mulders. "Nosso estudo mostra que existem exoplanetas suficientes para explicar a frequência observada dos discos abertos em diferentes massas estelares."

A correlação também se aplica a sistemas estelares com estrelas de baixa massa, onde os cientistas são mais propensos a encontrar exoplanetas rochosos massivos, também conhecidos como Super-Terras. Van der Marel, que se tornará professor assistente na Universidade de Leiden, na Holanda, a partir de setembro de 2021, disse: "Estrelas de menor massa têm superterras mais rochosas - entre uma massa terrestre e uma massa de Netuno. Discos sem lacunas, que são mais compactos levar à formação de Super-Terras. "

Esta ligação entre a massa estelar e a demografia planetária pode ajudar os cientistas a identificar quais estrelas devem visar na busca por planetas rochosos ao longo da Via Láctea. "Esta nova compreensão das dependências de massa estelar ajudará a orientar a busca por pequenos planetas rochosos como a Terra na vizinhança solar", disse Mulders, que também faz parte da equipe Alien Earths financiada pela NASA. "Podemos usar a massa estelar para conectar os discos de formação de planetas em torno de estrelas jovens a exoplanetas em torno de estrelas maduras. Quando um exoplaneta é detectado, o material de formação de planetas geralmente desaparece. Portanto, a massa estelar é uma 'etiqueta' que nos diz como o ambiente de formação de planetas deve ter parecido para esses exoplanetas. "

E tudo se resume a poeira. "Um elemento importante da formação do planeta é a influência da evolução da poeira", disse van der Marel. "Sem planetas gigantes, a poeira sempre irá se mover para dentro, criando as condições ideais para a formação de planetas rochosos menores perto da estrela."

A pesquisa atual foi conduzida usando dados de mais de 500 objetos observados em estudos anteriores usando as antenas Banda 6 e Banda 7 de alta resolução do ALMA. Atualmente, o ALMA é o único telescópio que pode obter imagens da distribuição de poeira milimetrada em resolução angular alta o suficiente para resolver os discos de poeira e revelar sua subestrutura, ou a falta dela. "Nos últimos cinco anos, o ALMA produziu muitas pesquisas instantâneas de regiões de formação de estrelas próximas, resultando em centenas de medições da massa, tamanho e morfologia da poeira do disco ", disse van der Marel. “O grande número de propriedades de disco observadas nos permitiu fazer uma comparação estatística de discos protoplanetários com os milhares de exoplanetas descobertos. Esta é a primeira vez que uma massa estelar dependência de discos com lacunas e discos compactos foi demonstrada com sucesso usando o telescópio ALMA. "

"Nossas novas descobertas ligam as belas estruturas de lacunas em discos observadas com o ALMA diretamente às propriedades de milhares de exoplanetas detectados pela missão Kepler da NASA e outras pesquisas de exoplanetas ", disse Mulders. "Os exoplanetas e sua formação nos ajudam a situar as origens da Terra e do Sistema Solar no contexto do que vemos acontecer ao redor de outras estrelas."

 

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