Novas observações mostram disco de formação planetária rasgado por suas três estrelas centrais

3 de Setembro de 2020.

Uma equipe de astrônomos encontrou a primeira evidência direta de que grupos de estrelas podem desfazer os seus discos de formação planetária, deixando-os distorcidos e com anéis inclinados. Esta nova pesquisa sugere que planetas exóticos, talvez parecidos a Tatooine do filme Star Wars, podem se formar em anéis inclinados em discos distorcidos ao redor de estrelas múltiplas. Estes resultados foram obtidos graças às observações com o Very Large Telescope (VLT) do ESO e com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

O nosso Sistema Solar é notavelmente plano, com os planetas orbitando todos no mesmo plano. No entanto, este não é sempre o caso, especialmente em discos de formação planetária situados em torno de estrelas múltiplas, tal como acontece com o objeto deste novo estudo: GW Orionis. Este sistema, localizado a cerca de 1300 anos-luz de distância da Terra na constelação de Orion, tem três estrelas e um disco deformado e quebrado ao seu redor.

“As nossas imagens revelam um caso extremo onde o disco não é de modo nenhum plano, mas sim distorcido e com um anel desalinhado que se separou do disco,” explica Stefan Kraus, professor de astrofísica na Universidade de Exeter, no Reino Unido, que liderou a pesquisa publicada hoje na revista Science. O anel desalinhado situa-se na parte interna do disco, próximo às três estrelas.

Esta pesquisa revela também que o anel interno contém 30 massas terrestres de poeira, o que pode ser suficiente para formar planetas. “Qualquer planeta que se forme dentro do anel desalinhado irá orbitar as estrelas em órbitas muito oblíquas. Prevemos descobrir muitos planetas em órbitas oblíquas bastante separadas em futuras campanhas de obtenção de imagens de planetas, por exemplo com o ELT,” diz Alexander Kreplin, membro da equipe da Universidade de Exeter, referindo-se ao Extremely Large Telescope do ESO, previsto para começar a trabalhar em meados desta década. O fato de mais de metade das estrelas no céu nascer com uma ou mais companheiras, gera expectativas interessantes: a possível existência de uma população desconhecida de exoplanetas que orbitam as suas estrelas em órbitas muito inclinadas e distantes.

Para chegar a estas conclusões, a equipe observou GW Orionis durante 11 anos. A campanha começou em 2008 com o instrumento AMBER e posteriormente o GRAVITY, ambos montados no Interferômetro do VLT do ESO, o qual combina a radiação coletada por diferentes telescópios do VLT. Estes instrumentos foram utilizados para estudar a dança gravitacional das três estrelas do sistema e mapear as suas órbitas. “Descobrimos que as três estrelas não orbitam no mesmo plano, mas têm as suas órbitas desalinhadas relativamente umas às outras e relativamente ao disco,” explica Alison Young, também membro da equipe das Universidades de Exeter e Leicester.

Os cientistas observaram também este sistema com o instrumento SPHERE, montado no VLT, e com o ALMA, do qual o ESO é um parceiro, tendo conseguido obter imagens do anel interno, o que confirmou o seu desalinhamento. O SPHERE do ESO também lhes permitiu ver pela primeira vez a sombra que este anel lança no resto do disco, o que ajudou a determinar a forma tridimensional do anel e do disco em geral.

A equipe internacional, que inclui pesquisadores do Reino Unido, Bélgica, Chile, França e Estados Unidos, combinou suas observações exaustivas com simulações computacionais para compreender o que tinha acontecido ao sistema. Pela primeira vez, eles foram capazes de vincular claramente os desalinhamentos observados ao teórico “efeito de ruptura do disco”, o que sugere que a atração gravitacional conflituosa das estrelas nos diferentes planos pode efetivamente deformar e quebrar seus discos.

As simulações mostraram que o desalinhamento das órbitas das três estrelas pode fazer com que o disco que as rodeia se parta em anéis distintos, o que é exatamente o que vemos nestas observações. A forma observada do anel interior corresponde também às previsões de simulações numéricas de como o disco se parte nestas condições.

Curiosamente, outra equipe, que estudou o mesmo sistema com o auxílio do ALMA, pensa que é necessário outro ingrediente para explicar este sistema. “Pensamos que é necessária a presença de um planeta entre estes anéis para explicar porque é que o disco se partiu,” diz Jiaqing Bi da Universidade Victoria no Canadá, que liderou um estudo sobre GW Orionis publicado em maio deste ano na revista The Astrophysical Journal. Esta equipe identificou três anéis de poeira nas observações ALMA, sendo o anel mais externo o maior já observado em discos de formação planetária.

Observações futuras com o ELT do ESO e outros telescópios poderão ajudar os astrônomos a desvendar completamente a natureza de GW Orionis e a revelar planetas jovens em formação em torno das suas três estrelas.

Fonte: https://www.eso.org/public/brazil/news/eso2014/

Elaboração: Max Bilck

Material complementar:

A simulação de computador abaixo mostra a evolução do sistema GW Orionis. Os cientistas acreditam que o disco ao redor das três estrelas no sistema era inicialmente plano, muito parecido com o disco formador de planetas que vemos ao redor de muitas estrelas. A simulação mostra que o desalinhamento nas órbitas das três estrelas fez com que o disco ao redor delas se dividisse em anéis distintos, que é exatamente o que é visto nas observações do sistema.

Crédito: Exeter/Kraus et al.

Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ESO/Exeter/Kraus et al.

Imagem acima foi obtida com o auxílio do ALMA, do qual o ESO é parceiro, e do instrumento SPHERE montado no Very Large Telescope do ESO, foram obtidas imagens de GW Orionis, um sistema estelar triplo com uma região interna peculiar. Contrariamente aos discos de formação planetária planos que observamos em torno de muitas estrelas, GW Orionis apresenta um disco distorcido, deformado pelos movimentos das três estrelas no seu centro. A imagem ALMA (à esquerda) mostra a estrutura anelar do disco, com o anel mais interno separado do resto do disco. As observações SPHERE (à direita) permitiram aos astrônomos observar pela primeira vez a sombra que este anel lança sobre o resto do disco, o que tornou possível reconstruir a sua forma distorcida.

Animação artística do disco distorcido e partido de GW Orionis.

Contrariamente aos discos de formação planetária planos que observamos em torno de muitas estrelas, GW Orionis apresenta um disco distorcido, deformado pelos movimentos das três estrelas no seu centro. As duas animações abaixo (A e B) permitem ver com muito detalhe o disco distorcido e o anel inclinado que foi arrancado ao disco. As animações baseiam-se num modelo computacional da região interna de GW Orionis fornecido pela equipe. Os pesquisadores conseguiram reconstruir as órbitas tridimensionais das estrelas e a forma tridimensional do disco a partir dos dados observacionais.

VÍDEO A

VÍDEO B

Créditos dos vídeos: ESO/Exeter/Kraus et al./L. Calçada