Nova descoberta desafia teorias de formação dos planetas rochosos

Utilizando o telescópio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), astrônomos descobriram pela primeira vez que a região exterior de um disco de poeira em torno de uma anã marrom, contém grãos sólidos com tamanhos da ordem de milímetros, comparáveis aos encontrados em discos mais densos situados em torno de estrelas recém nascidas. Esta descoberta surpreendente desafia as teorias de formação dos planetas rochosos do tipo terrestre e sugere que os planetas rochosos podem ser ainda mais comuns no Universo do que o que se esperava. O estudo publicado na revista especializada Astrophysical Journal Letters.

Pensa-se que os planetas rochosos se formam a partir de colisões aleatórias e fusão do que são, inicialmente, partículas microscópicas situadas no disco de material em torno de uma estrela. Estes grãos minúsculos, conhecidos como poeira cósmica, são muito semelhantes a fuligem ou areia muito finas. No entanto, nas regiões exteriores em torno de uma anã marrom - um objeto do tipo estelar, mas demasiado pequeno para brilhar como uma estrela - os astrônomos esperavam que os grãos de poeira não pudessem crescer, já que os discos são bastante esparsos e as partículas deslocar-se-iam muito depressa para se poderem fundir após uma colisão. Igualmente, as teorias principais dizem que quaisquer grãos que se consigam formar devem mover-se muito depressa na direção da anã marrom central, desaparecendo assim das regiões mais exteriores do disco, onde poderiam ser detectados.

"Ficámos muito surpreendidos ao encontrar grãos de poeira do tamanho do milímetro neste disco pequeno e fino," disse Luca Ricci, do California Institute of Technology, EUA, que liderou a equipa de astrônomos, sediados nos Estados Unidos, Europa e Chile.

"Grãos sólidos deste tamanho não deveriam ser capazes de se formar nas regiões exteriores frias de um disco em torno de uma anã marrom, mas aparentemente é o que está a acontecer. Não podemos ter a certeza que um planeta rochoso se forme neste local, ou até que já se tenha formado, mas estamos a ver os primeiros passos deste fenómeno, e por isso mesmo teremos que alterar as nossas suposições sobre as condições necessárias ao crescimento de sólidos," disse ele.

A elevada resolução do ALMA comparada com os telescópios anteriores, permitiu também à equipa localizar monóxido de carbono gasoso em torno da anã marrom - é a primeira vez que gás molecular frio é detectado num tal disco. Esta descoberta, juntamente com a dos grãos milimétricos, sugere que o disco é muito mais parecido aos discos que se encontram em torno de estrelas jovens do que o suposto anteriormente.

Ricci e colegas fizeram esta descoberta com o auxílio do telescópio ALMA parcialmente completo, situado no deserto chileno a elevada altitude. O ALMA é uma coleção, em crescimento, de antenas de alta precisão, em forma de prato, que trabalham em conjunto, como se de um único telescópio se tratassem, para observar o Universo com imenso detalhe e sensibilidade. O ALMA "vê" o Universo na radiação milimétrica, a qual é invisível ao olho humano. Prevê-se que a construção do ALMA esteja terminada em 2013, mas os astrônomos observam já utilizando uma rede parcial de antenas ALMA, desde 2011.

Os astrônomos apontaram o ALMA à jovem anã marrom ISO-Oph 102, também conhecida como Rho-Oph 102, situada na região de formação estelar Rho Ophiuchi, na constelação do Serpentário. Com cerca de 60 vezes a massa de Júpiter mas apenas 0,06 a do Sol, a anã marrom não tem massa suficiente para iniciar as reações termonucleares que fazem brilhar as estrelas. No entanto, emite calor libertado pela sua lenta contração gravitacional e brilha com uma cor avermelhada, embora seja muito menos brilhante que uma estrela.

O ALMA coletou a radiação emitida pelo material do disco aquecido pela anã marrom. Os grãos de poeira do disco não emitem muito radiação a comprimentos de onda maiores que o seu próprio tamanho, por isso um decréscimo caraterístico no brilho pode ser medido a comprimentos de onda maiores. O ALMA é o instrumento ideal para medir este decréscimo e deste modo estimar o tamanho dos grãos. Os astrônomos compararam o brilho do disco nos comprimentos de onda de 0,89 mm e 3,2 mm. O decréscimo em brilho de 0,89 mm para 3,2 mm não é tão abrupto quanto se esperava, mostrando que, pelo menos, alguns dos grãos têm um milímetro ou mais de tamanho.

"O ALMA é uma ferramenta poderosa para investigar os mistérios dos sistemas planetários em formação," comentou Leonardo Testi do ESO, um membro da equipa de investigação. "Para fazer esta observação com a geração anterior de telescópios, teríamos que ter observado durante praticamente um mês inteiro - o que na prática seria demasiado longo. Mas, utilizando apenas um quarto das antenas do ALMA, pudemos fazer a observação em menos de uma hora!" disse ele.

No futuro próximo, o telescópio ALMA completo será suficientemente poderoso para obter imagens detalhadas dos discos em torno da Rho-Oph 102 e outros objetos. Ricci explicou, "Poderemos brevemente detectar, não apenas a presença de pequenas partículas nos discos, mas também mapear como é que elas se distribuem no disco circumstelar e como é que interagem com o gás que também detectamos no disco, o que nos ajudará a compreender melhor como é que os planetas se formam."