Pesquisadores do Departamento de Física e Astronomia da Penn desenvolveram um novo método para entender melhor a relação entre a composição química de uma estrela e a formação do planeta.

O conceito artístico de uma jovem estrela circundada por planetas e anéis de poeira que surgem quando planetas rochosos recém-formados colidem uns com os outros. Um novo estudo apresentado na 238ª conferência da American Astronomical Society descreve um novo método para quantificar a relação entre a composição química de uma estrela e a formação de planetas, trabalho que pode ajudar os pesquisadores a identificar estrelas individuais que têm maior probabilidade de hospedar planetas. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Mais para você:

• A morte do Sol pode significar nova vida no sistema solar exterior
• Quanto tempo resta para a humanidade?
• O que é a Teoria de Tudo?
• Clima espacial perigoso pode ameaçar o programa Artemis da NASA?

O estudo foi conduzido pelo recém-formado Jacob Nibauer para sua tese sênior com Bhuvnesh Jain e foi co-supervisionado pelo ex-pós-doutorado em Penn, Eric Baxter. Os pesquisadores descobriram que a maioria das estrelas em seu conjunto de dados são semelhantes em composição ao sol, um tanto em desacordo com trabalhos anteriores e sugerindo que muitas estrelas na Via Láctea poderiam hospedar seus próprios planetas semelhantes à Terra. Esses resultados foram apresentados na 238ª conferência da American Astronomical Society e também publicados no Astrophysical Journal.

A técnica mais comum para encontrar exoplanetas, os que existem fora do sistema solar, envolve o método do trânsito, quando um exoplaneta se move entre sua estrela e o observador e causa uma queda no brilho da estrela. Enquanto a maioria dos exoplanetas conhecidos foram descobertos usando este método, esta abordagem é limitada porque os exoplanetas só podem ser detectados quando sua órbita e o observador estão perfeitamente alinhados e têm períodos orbitais curtos o suficiente. A segunda técnica mais poderosa, a velocidade radial ou método Doppler, tem outras limitações em sua capacidade de encontrar planetas.

Isso levanta a questão: se os planetas não podem ser detectados ao redor de uma estrela, sua existência pode ser inferida pelo estudo da estrela hospedeira? Os pesquisadores descobriram que a resposta a essa pergunta é um sim qualificado, com novos métodos ajudando os astrônomos a entender melhor como a formação dos exoplanetas estão relacionadas à composição da estrela que orbitam.

"A ideia é que planetas e estrelas nascem da mesma nuvem natal, então você pode imaginar um cenário onde um planeta rochoso se fixa em material suficiente para deixar a superfície estelar tardia esgotada nesses elementos", disse Nibauer. "O objetivo é responder se as estrelas que hospedam planetas são diferentes de estrelas sem planetas, e uma maneira de fazer isso é pesquisar assinaturas de formação de planetas na composição da superfície estelar. Felizmente, a composição de uma estrela, pelo menos de suas camadas externas, pode ser inferida a partir de seu espectro, a distribuição da intensidade da luz em diferentes frequências."

Para fazer isso, os pesquisadores usaram dados do Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE-2), com foco em 1.500 estrelas de galáxias da Via Láctea com dados de composição química para cinco elementos diferentes. A nova contribuição de Nibauer foi aplicar estatísticas bayesianas para medir a abundância de cinco elementos formadores de rocha, ou "refratários", e separar objetivamente populações de estrelas com base em suas composições químicas.

Uma projeção de dados do APOGEE, com pontos laranja indicando estrelas usadas nesta análise (parte superior) e as razões de abundância de um subconjunto de elementos químicos em relação ao ferro na população de estrelas semelhantes ao Sol (parte inferior). Crédito: Jacob Nibauer

O método de Nibauer permite que os pesquisadores vejam estrelas com baixas relações sinal-ruído, ou onde a medição de fundo pode ser maior do que o sinal da própria estrela. "Esta estrutura, em vez de se concentrar em uma base de estrela por estrela, combina medições em toda a população, permitindo-nos caracterizar a distribuição global de abundâncias químicas", disse Nibauer. "Por causa disso, podemos incluir populações muito maiores de estrelas em comparação com estudos anteriores."

Os pesquisadores descobriram que seu conjunto de dados separava nitidamente as estrelas em duas populações. Estrelas esgotadas, que constituem a maioria da amostra, não têm elementos refratários em comparação com a população não esgotada. Isso pode indicar que o material refratário ausente na população esgotada está preso em planetas rochosos. Esses resultados são consistentes com outros estudos menores e direcionados de estrelas que usam medições de composição química mais precisas. No entanto, a interpretação desses resultados difere de estudos anteriores, pois o sol parece pertencer a uma população que constitui a maioria da amostra.

"Estudos anteriores eram centrados no sol, então as estrelas são ou não como o sol, mas Jake desenvolveu uma metodologia para agrupar estrelas semelhantes sem fazer referência ao sol", disse Jain. "Esta é a primeira vez que um método que 'deixa os dados falarem' tinha encontrado duas populações, e poderíamos então colocar o sol em um desses grupos, que acabou sendo o grupo esgotado."

Este estudo também fornece um caminho promissor para identificar estrelas individuais que podem ter uma maior probabilidade de hospedar seus próprios planetas, diz Nibauer. "O objetivo de longo prazo é identificar grandes populações de exoplanetas, e qualquer técnica que possa colocar uma restrição probabilística sobre a probabilidade de uma estrela ser hospedeira, e de um planeta sem ter que depender do método usual de trânsito é muito valiosa", diz ele.

E se o esgotamento das estrelas da Via Láctea for a norma, isso pode significar que a maioria dessas estrelas podem ser orbitadas por planetas semelhantes à Terra, abrindo a possibilidade de que estrelas que estão "ausentes" de elementos mais pesados simplesmente as tenham encerrado em exoplanetas rochosos em órbita, embora outras conexões possíveis com exoplanetas também estejam sendo exploradas. "Isso seria emocionante se confirmado por análises futuras de conjuntos de dados maiores", diz Jain.

Mais informações:

Jacob Nibauer et al, Statistics of the Chemical Composition of Solar Analog Stars and Links to Planet Formation, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/1538-4357/abd0f1

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook e no twitter. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

Connecting a star's chemical composition and planet formation. Phys Org, 10, jun. 2021. Disponível em: <https://phys.org/news/2021-06-star-chemical-composition-planet-formation.html>. Acesso em: 10, jun. 2021.