As observações irão lançar uma nova luz sobre como as luas e planetas se formam em sistemas estelares jovens.

Esta imagem, obtida com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o ESO é parceiro, mostra o sistema PDS 70, localizado a cerca de 400 anos-luz de distância e ainda em fase de formação. O sistema apresenta uma estrela em seu centro e pelo menos dois planetas orbitando-a, PDS 70b (não visível na imagem) e PDS 70c, rodeados por um disco circunplanetário (o ponto à direita da estrela). Os planetas esculpiram uma cavidade no disco circunstelar (a estrutura em forma de anel que domina a imagem) enquanto devoravam o material do próprio disco, crescendo em tamanho. Foi durante esse processo que o PDS 70c adquiriu seu próprio disco circunplanetário, que contribui para o crescimento do planeta e onde podem se formar luas. Crédito da imagem: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Benisty et al.

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Usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o European Southern Observatory (ESO) é parceiro, os astrônomos detectaram sem ambiguidade a presença de um disco ao redor de um planeta fora do nosso Sistema Solar pela primeira vez. 

“Nosso trabalho apresenta uma detecção clara de um disco no qual os satélites podem estar se formando”, diz Myriam Benisty, pesquisadora da Universidade de Grenoble, França, e da Universidade do Chile, que liderou a nova pesquisa publicada hoje no The Astrophysical Journal Letters. “Nossas observações do ALMA foram obtidas em uma resolução tão requintada que pudemos identificar claramente que o disco está associado ao planeta e podemos restringir seu tamanho pela primeira vez”, acrescenta ela.

O disco em questão, chamado de disco circunplanetário, envolve o exoplaneta PDS 70c, um dos dois planetas gigantes como Júpiter orbitando uma estrela a quase 400 anos-luz de distância. Astrônomos já haviam encontrado indícios de um disco "formando lua" ao redor desse exoplaneta antes, mas, como não conseguiam distinguir claramente o disco do ambiente ao seu redor, não puderam confirmar sua detecção, até agora.

Além disso, com a ajuda do ALMA, Benisty e sua equipe descobriram que o disco tem aproximadamente o mesmo diâmetro que a distância do nosso Sol à Terra e massa suficiente para formar até três satélites do tamanho da Lua.

Esta imagem, tirada com o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), do qual o ESO é parceiro, mostra vistas amplas (à esquerda) e de perto (à direita) do disco em forma de lua em torno do PDS 70c, um jovem Júpiter. como o planeta a quase 400 anos-luz de distância. A visão ampliada mostra PDS 70c e seu disco circunplanetário centro-frontal, com o disco circunplanetário maior em forma de anel ocupando a maior parte do lado direito da imagem. A estrela PDS 70 está no centro da imagem de visão ampla à esquerda. Crédito da imagem: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Benisty et al.

Mas os resultados não são apenas essenciais para descobrir como as luas surgem. “Essas novas observações também são extremamente importantes para provar teorias de formação de planetas que não puderam ser testadas até agora”, diz Jaehan Bae, pesquisador do Earth and Planets Laboratory of the Carnegie Institution for Science, EUA, e autor do estudo.

Os planetas se formam em discos empoeirados ao redor de estrelas jovens, abrindo cavidades à medida que engolem o material deste disco circunestelar para crescer. Nesse processo, um planeta pode adquirir seu próprio disco planetário circunferencial, o que contribui para o crescimento do planeta, regulando a quantidade de material que cai sobre ele. Ao mesmo tempo, o gás e a poeira no disco circunplanetário podem se juntar em corpos progressivamente maiores por meio de múltiplas colisões, levando ao nascimento de luas.

Mas os astrônomos ainda não entendem completamente os detalhes desses processos. “Em suma, ainda não está claro quando, onde e como os planetas e luas se formam,” explica o bolsista de pesquisa do ESO Stefano Facchini, também envolvido na pesquisa. 

“Mais de 4000 exoplanetas foram encontrados até agora, mas todos eles foram detectados em sistemas maduros. PDS 70b e PDS 70c, que formam um sistema que lembra o par Júpiter-Saturno, são os únicos dois exoplanetas detectados até agora que ainda estão em processo de formação”, explica Miriam Keppler, pesquisadora do Instituto Max Planck de Astronomia na Alemanha e um dos co-autores do estudo.

“Este sistema, portanto, nos oferece uma oportunidade única de observar e estudar os processos de formação de planetas e satélites”, acrescenta Facchini. 

PDS 70b e PDS 70c, os dois planetas que compõem o sistema, foram descobertos pela primeira vez usando o Very Large Telescope (VLT) do ESO em 2018 e 2019, respectivamente, e sua natureza única significa que eles foram observados com outros telescópios e instrumentos muitas vezes.

As últimas observações de alta resolução do ALMA permitiram aos astrônomos obter mais informações sobre o sistema. Além de confirmar a detecção do disco circunplanetário em torno do PDS 70c e estudar seu tamanho e massa, eles descobriram que o PDS 70b não mostra evidências claras de tal disco, indicando que ele estava sem material de poeira de seu ambiente de nascimento pelo PDS 70c.

Uma compreensão ainda mais profunda do sistema planetário será alcançada com o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, atualmente em construção no Cerro Armazones, no deserto chileno do Atacama. “O ELT será fundamental para essa pesquisa, pois, com sua resolução muito maior, poderemos mapear o sistema em detalhes”, diz o coautor Richard Teague, pesquisador do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, EUA. Em particular, usando o termovisor e espectrógrafo infravermelho médio do ELT (METIS), a equipe será capaz de observar os movimentos do gás em torno do PDS 70c para obter uma imagem 3D completa do sistema.

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Referência:

Astronomers make first clear detection of a moon-forming disc around an exoplanet. ESO - European Southern Observatory, 22, jul. 2021. Disponível em: <https://www.eso.org/public/news/eso2111/>. Acesso em: 22, jul. 2021.