Como você pesa um planeta que não pode ser visto a vários anos-luz de distância? Os astrónomos podem ter a resposta – e isso envolve “ler entre os anéis”, as brilhantes e belas estruturas empoeiradas que os exoplanetas recém-nascidos formam em torno das suas estrelas jovens.
Os planetas geralmente nascem em torno de corpos jovens de poeira, gás e partículas chamados “planetsimais”. Estrelas. Como resultado, na sua relativa juventude, estes mundos ainda estão incorporados neste material natal, girando em estruturas semelhantes a placas chamadas discos protoplanetários. No entanto, observações recentes sugerem que, à medida que estes exoplanetas bebés orbitam as suas estrelas-mãe, também abrem caminhos através deste disco de gás e poeira.
Quando esses anéis são usados para determinar a disponibilidade Extraterrestres A nova investigação sugere uma forma de usar essas crateras para realmente avaliar as características dos exoplanetas em torno das estrelas.
“Há muito que compreendemos que os anéis podem formar-se a partir de poeira concentrada que se acumula para além das órbitas de planetas jovens e incorporados, mas não conseguimos ligar as características destes anéis às massas planetárias,” disse Ameena Faruqi, líder da equipa do Grupo de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Warwick, no Reino Unido. Relatório. “Ao estudar ‘entre os anéis’, temos agora uma forma de reconstruir as massas dos planetas que compõem os anéis, mesmo que esses planetas sejam demasiado ténues ou incorporados para serem observados diretamente.
“Esses anéis brilhantes não são apenas estruturas bonitas – são essencialmente impressões digitais planetárias.”
Explorando um sistema estelar empoeirado
O primeiro passo dado por Faruqi e colegas foi usar simulações de computador para avaliar como as massas dos exoplanetas poderiam criar padrões únicos para anéis em discos protoplanetários. Eles descobriram que a largura dos anéis de poeira e a localização do ponto brilhante dentro desse anel são importantes para estimar as propriedades dos exoplanetas fechados.
Curiosamente, a relação entre a massa de um planeta e o brilho máximo do anel de poeira que ele forma é independente de qualquer coisa. comprimento de onda estrutura da luz – bem como independentemente do tamanho dos grãos de poeira no anel. Isso significa que os astrónomos não precisam de saber as condições exatas que rodeiam uma estrela bebé para estimar a massa dos seus exoplanetas.
Os cientistas testaram a sua nova técnica aplicando-a a um sistema planetário a 370 anos-luz de distância, chamado PDS 70. Atacama é de grande ordem milimétrica/submilimétrica (ALMA), um conjunto de 66 antenas de rádio localizadas no norte do Chile.
“A força deste trabalho é que ele não pode ser confinado à teoria – fomos capazes de pegar esses resultados de simulação e aplicá-los diretamente a sistemas reais observados”, disse Jessica Speedy, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), no relatório. “Usar o sistema PDS 70, em particular, como um laboratório observacional, permitiu a validação da abordagem no mundo real, dando-nos a confiança de que estes métodos estarão em breve prontos para uso generalizado.”
O PDS 70 foi um objeto de teste útil para a equipe porque contém dois exoplanetas, PDS 70 b e PDS 70 c, que foram diretamente fotografados. Esta técnica rendeu uma massa estimada para PDS 70 c, consistente com as estimativas atuais de 7,5 vezes a massa de Júpiter. Os resultados da equipa forneceram algumas informações surpreendentes sobre a formação e os processos planetários que levantam questões que os astrónomos estão ansiosos por responder.
“Outro resultado surpreendente das simulações é que, em discos típicos, os planetas em formação mais massivos podem reter até 20 vezes mais poeira do que a Terra dentro destes anéis”, disse Ralph Butritz, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade McMaster, no relatório. “Isto confirma as observações do ALMA – mas levanta a questão de por que não foram detectados novos planetas na poeira e nos seixos anelares presos. “Os nossos resultados sugerem que a poeira é suficientemente abundante e densa para a formação de planetas. Este é um insight importante que iniciará novas observações e teorias.”
Em última análise, esta nova técnica e o seu poder para estudar sistemas planetários infantis irão ajudar-nos a compreender como o nosso próprio sistema planetário se formou há cerca de 4,6 mil milhões de anos.
“O que mais me entusiasma é o momento. Com o ALMA a fornecer imagens de disco mais detalhadas e instalações futuras no horizonte, nunca houve melhor altura para desenvolver estes métodos,” disse Farzana Meru, membro da equipa, do Departamento de Física da Universidade de Warwick. “Acoplar o nosso diagnóstico baseado em poeira com observações da pressão do gás abrirá uma nova e poderosa janela para os planetas ocultos que moldam estes discos e os vários sistemas planetários que eles formam.”
O estudo do painel foi publicado na quinta-feira (28 de maio). O Jornal Astrofísico.
