Uma equipe de astrônomos detectou pela primeira vez um planeta em crescimento fora do nosso sistema solar, inserido em uma lacuna limpa de um disco de poeira e gás com múltiplos anéis.
A equipe, liderada pelo astrônomo da Universidade do Arizona, Laird Close, e Richelle van Capelleveen, uma estudante de pós-graduação em astronomia no Observatório de Leiden, na Holanda, descobriu o exoplaneta único utilizando o sistema de óptica adaptativa extrema MagAO-X da Universidade do Arizona no Telescópio Magellan, no Chile, o Telescópio de Grandes Binóculos da U of A no Arizona e o Telescópio Muito Grande no Observatório Europeu do Sul, no Chile. Os resultados foram publicados na The Astrophysical Journal Letters.
Por anos, os astrônomos observaram várias dúzias de discos formadores de planetas de gás e poeira ao redor de estrelas jovens. Muitos desses discos apresentam lacunas em seus anéis, sugerindo a possibilidade de que estão sendo “arados” por planetas nascentes próximos, ou protoplanetas, como faixas limpadas por um arado de neve. No entanto, até hoje, apenas cerca de três protoplanetas jovens em crescimento foram descobertos, todos nas cavidades entre uma estrela anfitriã e a borda interna de seu disco protoplanetário adjacente. Até essa descoberta, nenhum protoplaneta havia sido visto nas evidentes lacunas dos discos – que aparecem como anéis escuros.
“Dezenas de artigos teóricos foram escritos sobre essas lacunas observadas em discos sendo causadas por protoplanetas, mas ninguém nunca encontrou um definitivo até hoje”, disse Close, professor de astronomia da Universidade do Arizona. Ele considera a descoberta “um grande feito”, pois a ausência de descobertas de planetas em locais onde deveriam existir levou muitos na comunidade científica a invocar explicações alternativas para o padrão de anel e lacuna encontrado em muitos discos protoplanetários.
“Tem sido um ponto de tensão, na verdade, na literatura e na astronomia em geral, que temos essas lacunas escuras, mas não conseguimos detectar os exoplanetas tênues nelas”, disse ele. “Muitos duvidaram que protoplanetas podem criar essas lacunas, mas agora sabemos que de fato eles podem.”
Há 4,5 bilhões de anos, nosso sistema solar começou como apenas um desses discos. À medida que a poeira se coalesce em aglomerados, sugando gás ao seu redor, os primeiros protoplanetas começaram a se formar. No entanto, como exatamente esse processo se desenrolou ainda é em grande parte um mistério. Para encontrar respostas, os astrônomos olharam para outros sistemas planetários que ainda estão em sua infância, conhecidos como discos formadores de planetas ou discos protoplanetários.
A equipe de Close se beneficiou de um sistema de óptica adaptativa, um dos mais formidáveis do tipo no mundo, desenvolvido e construído por Close, Jared Males e seus alunos. Males é um astrônomo associado no Observatório Steward e o investigador principal do MagAO-X. O MagAO-X, que significa “Sistema de Óptica Adaptativa Magellan eXtreme”, melhora drasticamente a nitidez e a resolução das imagens do telescópio compensando a turbulência atmosférica, o fenômeno que faz as estrelas piscarem e desfocarem, e que é temido pelos astrônomos.
Suspeitando que deveria haver planetas invisíveis escondidos nas lacunas dos discos protoplanetários, a equipe de Close pesquisou todos os discos com lacunas e os sondou em busca de uma emissão específica de luz visível conhecida como hidrogênio alfa ou H-alfa.
“À medida que os planetas se formam e crescem, eles sugam gás hidrogênio de seu redor, e à medida que esse gás despenca sobre eles como uma gigantesca cachoeira vinda do espaço exterior e atinge a superfície, gera plasma extremamente quente, que por sua vez emite essa assinatura de luz H-alfa particular”, explicou Close. “O MagAO-X é especialmente projetado para procurar gás hidrogênio caindo sobre jovens protoplanetas, e é assim que podemos detectá-los.”
A equipe usou o Telescópio Magellan de 6,5 metros e o MagAO-X para sondar WISPIT-2, um disco que van Capelleveen descobriu recentemente com o VLT. Visto em luz H-alfa, o grupo de Close encontrou um ponto de luz aparecendo dentro da lacuna entre dois anéis do disco protoplanetário ao redor da estrela. Além disso, a equipe observou um segundo candidato a planeta dentro da “cavidade” entre a estrela e a borda interna do disco de poeira e gás.
“Assim que ativamos o sistema de óptica adaptativa, o planeta apareceu imediatamente para nós”, disse Close, que chamou essa descoberta de uma das mais importantes de sua carreira. “Depois de combinar duas horas de imagens, ele simplesmente se destacou.”
De acordo com Close, o planeta, designado WISPIT 2b, é um exemplo muito raro de um protoplaneta no processo de acumular material sobre si. Sua estrela anfitriã, WISPIT 2, é semelhante ao sol e tem aproximadamente a mesma massa. O candidato a planeta interno, chamado CC1, contém cerca de nove massas de Júpiter, enquanto o planeta externo, WISPIT 2b, pesa cerca de cinco massas de Júpiter. Essas massas foram inferidas, em parte, a partir da luz infravermelha térmica observada pelo Telescópio de Grandes Binóculos de 8,4 metros da Universidade do Arizona no Monte Graham, no sudeste do Arizona, com a ajuda do estudante de pós-graduação em astronomia da U of A, Gabriel Weible.
“É um pouco como nossos próprios Júpiter e Saturno teriam parecido quando tinham 5.000 vezes menos idade do que têm agora”, disse Weible. “Os planetas no sistema WISPIT-2 parecem ser cerca de 10 vezes mais massivos que nossos próprios gigantes gasosos e mais espaçados. Mas a aparência geral provavelmente não é tão diferente do que um ‘astrônomo alienígena’ próximo poderia ter visto em uma ‘foto de bebê’ de nosso sistema solar tirada há 4,5 bilhões de anos.”
“Nosso sistema de óptica adaptativa MagAO-X é otimizado como nenhum outro para funcionar bem na wavelength H-alfa, então você pode separar a luz brilhante da estrela da tenra do protoplaneta”, disse Close. “Ao redor de WISPIT 2, você provavelmente tem dois planetas, quatro anéis e quatro lacunas. É um sistema incrível.”
CC1 pode orbitar a cerca de 14-15 unidades astronômicas – sendo uma AU equivalente à distância média entre o sol e a Terra, o que o colocaria a meio caminho entre Saturno e Urano, se fosse parte do nosso sistema solar, de acordo com Close. WISPIT-2b, o planeta que está esculpindo a lacuna, está mais distante, a cerca de 56 AU, que em nosso próprio sistema solar, o colocaria muito além da órbita de Netuno, ao redor da borda externa do Cinturão de Kuiper.
Um segundo artigo publicado em paralelo e liderado por van Capelleveen e pela Universidade de Galway detalha a detecção do planeta no espectro de luz infravermelha e a descoberta do sistema multi-anéis com o sistema de óptica adaptativa SPHERE do telescópio VLT de 8 metros.
“Para ver planetas no fugaz tempo de sua juventude, os astrônomos precisam encontrar sistemas de discos jovens, que são raros”, disse van Capelleveen, “porque é nessa única ocasião que eles realmente são mais brilhantes e, portanto, detectáveis. Se o sistema WISPIT-2 tivesse a idade do nosso sistema solar e usássemos a mesma tecnologia para examiná-lo, não veríamos nada. Tudo estaria muito frio e muito escuro.”
Esta pesquisa foi apoiada em parte por uma concessão do Programa de Pesquisa de Exoplanetas da NASA. O MagAO-X foi desenvolvido em parte por uma concessão da Fundação Nacional de Ciências dos EUA e pelo generoso apoio da Fundação Heising-Simons.
