Astrônomos revelam uma nova ligação entre a água e a formação do planeta

Os investigadores encontraram vapor de água no disco em torno de uma estrela jovem, exatamente onde os planetas podem estar se formando.

Aágua é um ingrediente chave para a vida na Terra e se pensa que desempenha um papel significativo na formação do planeta, mas, até agora, os astrônomos nunca foram capazes de mapear como a água é distribuída num disco estável e frio - o tipo de disco que oferece as condições mais favoráveis para a formação de planetas em torno de estrelas. Pela primeira vez, os astrônomos pesaram a quantidade de vapor de água em torno de uma estrela típica em formação de planetas. As novas descobertas foram possí- veis graças ao Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – uma coleção de telescópios no deserto chileno do Atacama. O Jodrell Bank Centre for Astrophysics da Universidade de Manchester acolhe o UK ALMA Regional Centre Node (UK ARC), que apoia os astrónomos do Reino Unido que utilizam o ALMA.

A Dra. Anita Richards, pesquisadora visitante sênior da Universidade de Manchester e anteriormente membro do ARC do Reino Unido, desempenhou um papel fundamental no grupo que verificou o funcionamento do sistema receptor da ‘Banda 5’, que foi essencial para o ALMA produzir a imagem detalhada. da água. Dr Richards disse: “Medir diretamente a quantidade de vapor de água onde os planetas estão se formando nos leva um passo mais perto de entender como poderia ser fácil criar mundos com oceanos – quanta água está ligada às rochas aglomeradas, ou é maioritariamente adicionada mais tarde”. para um planeta quase totalmente formado? Este tipo de observação necessita das condições mais secas possíveis e só poderia ser feita com tanto detalhe utilizando a rede ALMA no Chile.” a , Esquerda, imagem contínua de 1,7 mm de HL Tau. Centro, mapa integrado de intensidade da linha de água dos 183 GHz. À direita, mapa de velocidade ponderada por intensidade da linha de água de 183 GHz após recorte de 4 σ em canais individuais, onde a rotação do disco é claramente detectada. b , O mesmo que a , para o contínuo de 0,94 mm e a linha de água de 325 GHz. O mapa de velocidade ponderado por intensidade, neste caso, é calculado após recorte de 3 σ . c , à esquerda e ao centro, igual a a , para o contínuo de 0,94 mm e a linha de água de 321 GHz. Nenhum mapa do mo- mento 1 é mostrado devido ao baixo SNR. À direita, zoom de intensidade contínua, com [4,5,6,7,8] σ contornos do mapa de momento 0 da linha de 321 GHz, com feixe σ = 13,3 mJy −1 km s −1 . Os rms associados aos mapas de intensidade integrados das linhas de 183 e 325 GHz são, respectivamente, 28,2 e 46,3 mJy feixe −1 km s −1 . Intensidade de brilho (K). Intensidade integrada (K km s −1 ). Velocidade ponderada pela intensidade ao longo da linha de visão (km s −1 ). Distância do centro de fase na Ascensão Reta (Delta RA). Distância do mesmo centro em Declinação (Delta Dec).

Espectros da linha de água a , Espectro da linha de água de 183 GHz extraído sobre um círculo com raio de 0,7” centrado no pico do contínuo. b , Espectro da linha de água de 325 GHz extraído sobre a mesma área, destacando a versão espelhada (invertida) do espectro com a linha tracejada-pontilhada. c , Espectro da linha de água de 321 GHz extraído sobre um círculo com raio de 0,06” centrado no pico do contínuo. A faixa de velocidade no eixo x é diferente em c . A linha tracejada cinza em todos os painéis mostra a velocidade sistêmica (Vsys) de 7,1 km s −1 . No canto superior esquerdo de cada painel, 2 barras de escala σ são relatadas para referência.

As observações, publicadas hoje na revista Nature Astronomy, revelam pelo menos três vezes mais água do que em todos os oceanos da Terra no disco interno da jovem estrela semelhante ao Sol HL Tauri, localizada a 450 anos-luz de distância da Terra, na constelação Touro.

Stefano Facchini, astrônomo da Universidade de Milão, Itália, que liderou o estudo, disse: “ Nunca imaginei que poderíamos capturar uma imagem de oceanos de vapor d’água na mesma região onde um planeta provavelmente está se formando ”.

O coautor Leonardo Testi, astrônomo da Universidade de Bolonha, Itália, acrescentou: “ É realmente notável que possamos não apenas detectar, mas também capturar imagens detalhadas e resolver espacialmente o vapor de água a uma distância de 450 anos-luz de nós”.

Estas observações com o ALMA, que mostram detalhes tão pequenos como um fio de cabelo humano a um quilómetro de distância, permitem aos astrónomos determinar a distribuição da água em diferentes regiões do disco.

Uma quantidade significativa de água foi encontrada na região onde existe uma lacuna conhecida no disco HL Tauri – um local onde um planeta poderia potencialmente estar se formando. As lacunas radiais são escavadas em discos ricos em gás e poeira, orbitando corpos a , a , Diagrama rotacional das três linhas de água, com fluxos de linha extraídos como no texto. O ajuste não leva a uma solução única, indicando que a suposição de temperatura uniforme é inadequada. b , Distribuição posterior do ajuste do diagrama rotacional. As linhas tracejadas indicam os percentis 16, 50 e 84 das distribuições posteriores marginalizadas. jovens semelhantes a planetas à medida que recolhem material e crescem. Isto sugere que este vapor de água pode afetar a composição química dos planetas que se formam nessas regiões.

Mas observar a água com um telescópio terrestre não é tarefa fácil, já que o abundante vapor de água na atmosfera a , a , Diagrama rotacional das três linhas de água, com fluxos de linha extraídos como no texto. O ajuste não leva a uma solução única, indicando que a suposição de temperatura uniforme é inadequada. b , Distribuição posterior do ajuste do diagrama rotacional. As linhas tracejadas indicam os percentis 16, 50 e 84 das distribuições posteriores marginalizadas. da Terra degrada os sinais astronômicos.

O ALMA , operado pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), juntamente com os seus parceiros internacionais, situa-se a cerca de 5000 metros de altitude e é construído num ambiente alto e seco especificamente para minimizar esta degradação, proporcionando condições de observação excepcionais. Até à data, o ALMA é a única instalação capaz de mapear a distribuição de água num disco frio de formação planetária.

Os grãos de poeira que constituem um disco são as sementes da formação planetária, colidindo e aglomerando-se em corpos cada vez maiores que orbitam a estrela. Os astrónomos acreditam que onde está frio o suficiente para a água congelar nas partículas de poeira, as coisas unem-se de forma mais eficiente – um local ideal para a formação de planetas.

Os membros do ARC do Reino Unido estão contribuindo para uma grande atualização do ALMA, que, com o Extremely Large Telescope ( ELT ) do ESO também a entrar em funcionamento dentro de uma década, fornecerá imagens ainda mais claras da formação planetária e do papel que a água desempenha nele. Em particular , o METIS , o gerador de imagens e espectrógrafo de infravermelho médio do ELT, proporcionará aos astrónomos vistas incomparáveis das regiões interiores dos discos de formação planetária, onde planetas como a Terra se formam.