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Os discos protoplanetários lançam mais material do que se transforma em planetas
O estudo é de Avi Loeb e Amir Siraj. Loeb e Siraj são ambos do Center for Astrophysics (CfA) de Harvard e já colaboraram em pesquisas antes.
Por Evan Gough - 10/09/2021


À esquerda está uma ilustração artística do objeto interestelar 'Oumuamua. À direita está uma imagem do cometa interestelar 2I / Borisov. Crédito: Esquerda: European Southern Observatory / M. Kornmesser. À direita: NASA, ESA e D. Jewitt (UCLA) - Domínio Público 

Quando um jovem sistema solar começa a funcionar, é pouco mais do que uma jovem estrela e um disco giratório de detritos. O pensamento aceito diz que os destroços rodopiantes são arrastados para a formação do planeta. Mas um novo estudo diz que grande parte da matéria no disco pode ter um destino diferente.

Pode não ter a honra de se tornar parte de um bom planeta estável, orbitando placidamente e de forma confiável em torno de sua estrela hospedeira. Em vez disso, é simplesmente descartado. É ejetado do jovem sistema estelar ainda em formação para passar sua existência como um objeto interestelar ou como um planeta rebelde.

O estudo é de Avi Loeb e Amir Siraj. Loeb e Siraj são ambos do Center for Astrophysics (CfA) de Harvard e já colaboraram em pesquisas antes. Seu novo estudo é intitulado "Evidência preliminar de que os discos protoplanetários ejetam mais massa do que retêm". Está disponível no site pré-impresso arxiv.org e ainda não foi revisado por pares.

Loeb e Siraj apontam para a existência de objetos interestelares como "Oumuamua e 2I / Borisov para defender sua posição. Até agora, não há provas conclusivas para a origem desses objetos e de seus irmãos. Os pesquisadores descobriram origens diferentes e trouxeram evidências para suportar, mas até agora, não há consenso. "Oumuamua poderia ser um iceberg de hidrogênio escuro interestelar, um objeto semelhante a Plutão, ou mesmo um tipo de" coelho de poeira "interestelar. E o cometa 2l / Borisov é provavelmente um cometa interestelar desonesto, o primeiro que observamos.

Os orçamentos de massa estelar mostram que nem as nuvens exo-Oort nem os discos protoplanetários podem fornecer massa suficiente para explicar os objetos interestelares e a população de planetas rebeldes. Então, talvez nossos orçamentos de massa estelar estejam errados? Talvez a maior parte do material em discos protoplanetários seja ejetado e se torne objetos interestelares como "Oumuamua, 2I / Borisov e planetas rebeldes, com alguns desses planetas sendo muitas vezes maiores que a Terra.

Muito do artigo é baseado em estimativas científicas, e muito dele é preliminar. Os autores deixam isso claro no título do artigo. Os cientistas ainda não têm uma compreensão clara de quantos objetos interestelares e planetas invasores existem. Mas você precisa começar de algum lugar, e este artigo é uma espécie de ponto de partida.

O artigo começa com: "Se os objetos interestelares se originam em discos protoplanetários, eles podem ser usados ​​para calibrar a fração de massa que esses discos ejetam." A partir daí, eles vão mais fundo.
 
"A origem dos objetos interestelares é um mistério não resolvido", eles escrevem. "Nem as nuvens exo-Oort nem os discos protoplanetários são capazes de preencher o orçamento de massa necessário para produzir a população inferida de objetos interestelares." Isso deixa apenas duas amplas possibilidades para suas origens. Um são diferentes orçamentos de massa estelar, o que pode ser implausível. A outra são as diferentes probabilidades de sobrevivência para objetos interestelares em grandes distâncias e escalas de tempo.

Este preâmbulo estabelece a principal questão dos pesquisadores: "Quanta massa por estrela é necessária para produzir objetos interestelares?"

O primeiro obstáculo para responder a essa pergunta é o fato de que só sabemos realmente sobre dois objetos interestelares: "Oumuamua, que foi descoberto em 2017, e o cometa 2I / Borisov, que foi descoberto em 2019. E os cientistas só observaram estimativas para seus tamanhos. "Oumuamua é estimado entre 20 e 200 metros, e o núcleo de Borisov é estimado entre 0,4 e 1 km. Há também um terceiro objeto interestelar potencial denominado CNEOS 2014-01-08, mas seu status como um objeto interestelar não foi confirmado.

Temos apenas estimativas de quantos desses objetos interestelares existem, incluindo planetas invasores. Para objetos como "Oumuamua e Borisov, a estimativa é algo em torno de 9.000 por estrela, enquanto para planetas rochosos errantes com aproximadamente o dobro do tamanho da Terra, é entre cerca de cinco a 10 por estrela. (Algumas estimativas dizem que há menos, apenas dois por estrela .)

Os pesquisadores pegaram os dados existentes, bem como as estimativas, e fizeram uma simulação. A simulação abordou sua questão principal: "Dados os tamanhos e abundâncias de objetos interestelares conhecidos, quanta massa é necessária, por estrela, para produzir tal população?"

Estamos melhorando no estudo de discos protoplanetários. Estas são algumas das imagens
de alta resolução do ALMA de discos protoplanetários próximos, que são resultados do
Projeto de Subestruturas de Disco em Alta Resolução Angular (DSHARP). Crédito: ALMA
(ESO / NAOJ / NRAO), S. Andrews et al .; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Para cada estimativa de tamanho e abundância de objetos interestelares, a dupla executou simulações de Monte Carlo. Os resultados?

Siraj e Loeb descobriram que as nuvens exo-Oort não podem conter massa suficiente para ser a fonte das populações inferidas de objetos interestelares e planetas rebeldes. A dupla apresenta seus cálculos no jornal e afirma que "Como resultado, as nuvens de estrelas de Oort são fontes implausíveis de objetos interestelares."

Em seguida, eles consideram os discos protoplanetários . Seus cálculos são apresentados em detalhes em seu artigo e vale a pena examiná-los para aqueles que têm um interesse mais profundo neste assunto. Mas o resultado final é que pode ser necessária uma proporção maior da massa da estrela hospedeira do que se pensava anteriormente para explicar a população inferida de objetos interestelares maiores do que "Oumuamua". A implicação primária desses resultados é que a quantidade de massa necessária para formar o interestelar objetos maiores do que "Oumuamua é uma fração substancial da massa da estrela hospedeira, entre 2% e 50%."

No fundo de todo o trabalho de Loeb e Siraj está algo chamado modelo de nebulosa solar de massa mínima (MMSN). O modelo MMSN descreve a composição do material em nosso sistema solar necessário para explicar a formação dos planetas e asteróides orbitando o sol. O MMSN mostra que, dada a metalicidade do Sol, cerca de 1% da massa do Sol era necessário para formar os planetas.

Os cálculos e simulações dos autores mostram que é necessária uma fração substancialmente maior da massa de uma estrela para explicar a população de "objetos semelhantes a Oumuamua". A implicação primária desses resultados é que a quantidade de massa necessária para formar objetos interestelares maiores que "Oumuamua é uma fração substancial da massa da estrela hospedeira , entre 2% e 50%."

Se você está pensando que é um intervalo bastante grande, você está certo. Mas o que o trabalho deles realiza é uma restrição mais rígida em nossa compreensão da formação dos sistemas planetários. "Esses resultados sugerem uma rota altamente eficiente para converter matéria protoestelar em planetesimais de ~ 0,1 km e para ejetá-los de suas estrelas-mãe, e muda o paradigma em relação às restrições observacionais no processo de formação do sistema planetário."

Mas o que pode ser mais interessante é a conclusão potencial. Os sistemas solares jovens podem ejetar mais massa como objetos interestelares e planetas invasores do que retêm.

"Nem o balanço de massa do disco protoplanetário do sistema solar, nem os discos protoplanetários ou de detritos observados em torno de outras estrelas poderiam fornecer material suficiente para a formação de objetos interestelares", escrevem Siraj e Loeb em seu resumo.

A dupla termina o artigo mencionando como esses objetos podem ser ejetados de seus sistemas hospedeiros. Mas isso é basicamente uma espécie de barra lateral. A dupla de pesquisadores está mais interessada em como isso muda nossa compreensão da formação do sistema solar.

Eles apontam que o próximo Telescópio de Pesquisa Vera Rubin poderia potencialmente encontrar muitos mais objetos interestelares, uma vez que o Vera Rubin será excelente na descoberta de fenômenos transitórios. Este estudo é limitado por um pequeno tamanho de amostra de apenas dois, ou possivelmente três, objetos interestelares. Assim que tivermos um tamanho de amostra maior, saberemos muito mais.

"As origens dos objetos interestelares podem ser inferidas por meio de sua distribuição de velocidade, uma vez que um número suficiente deles tenha sido detectado", escrevem os autores.

 

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