O telescópio espacial Hubble captura sombras no disco protoplanetário de uma estrela a 192 anos-luz de distância

Achar planetas em torno de outra estrela é uma tarefa difícil, eles são tão pequenos e rarefeitos que são difíceis de serem vistos diretamente. Mas um possível planeta num sistema solar próximo pode estar revelando a sua presença em uma maneira única: através de uma sombra que está passando sobre uma vasta área do disco protoplanetário circundante da jovem estrela.

O próprio planeta não está criando essa sombra. Mas ele está causando alguma forte influência gravitacional no material circundante próximo à estrela e assim deformando o disco protoplanetário interno do sistema. O interno disco deformado está lançando uma sombra sobre a superfície do disco protoplanetário exterior.

Uma equipe de astrônomos liderados por John Debes do Instituto de Ciência de Telescópio Espacial em Baltimore, Maryland, disse que este cenário é a explicação mais plausível para a sombra que eles detectaram no sistema solar TW Hydrae, localizado a 192 anos-luz de distância na constelação Hydra, também conhecida como Female Water Snake. A estrela tem aproximadamente 8 milhões de anos de idade e é um pouco menos massiva do que a nossa estrelas, o Sol. Os pesquisadores descobriram o fenômeno enquanto analisavam 18 anos de dados de observações capturados pelo telescópio espacial Hubble da NASA.

“Este é o primeiro disco protoplanetário do qual temos tantas imagens de um período de observação tão longa, e assim nos permitindo ver este efeito interessante,” disse John Debes. “Isso nos dá esperança de que esse fenômeno possa ser mais comum em jovens sistemas solares.”

A primeira ideia do John Debes para explicar o fenômeno foi um brilho no disco que mudou de posição. Astrônomos usando o Espectrógrafo de Imagens do telescópio espacial Hubble (Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph) notaram esse brilho assimétrico em 2005. Mas na época eles tinham apenas poucos dados observacionais, e não podiam fazer uma determinação sobre a natureza do mistério.

Pesquisando nos dados observacionais, a equipe de John Debes juntaram seis imagens tiradas de diferentes épocas. As observações foram feitas pelo Espectrógrafo de Imagens (Imaging Spectrograph), Câmera Próxima do Infravermelho (Near Infrared Camera) e pelo Espectrômetro de Multiobjetos (Multi-Object Spectrometer) do telescópio espacial Hubble. O Espectrógrafo de Imagens do Hubble é equipado com um coronómetro que bloqueia a luz estelar em um raio visual que cobre 1.6 bilhões de quilômetros a partir da estrela, permitindo-o ver tão perto da estrela quanto Saturno está para o Sol. Ao longo do tempo, a estrutura parecia se mover no sentido anti-horário em torno da estrela, até que em 2016, isso estava se movendo no mesmo sentido que estava nas imagens tiradas no ano 2000.

Esses 16 anos de observações intrigou os pesquisadores, eles originalmente pensaram que essa característica era parte do disco protoplanetário, mas o curto período de sua orbita revelava que a característica estava se movendo de uma maneira rápida demais nas partes exteriores do sistema para ser algo físico no disco. De acordo com as leis da gravidade, discos transladam a velocidades mais lentas à medida que se distanciam do centro de massa. As partes exteriores do disco protoplanetário da estrela TW Hydrae levariam séculos para completar uma translação.

“O fato de eu ter visto o mesmo movimento da parte do disco a 16 bilhões de quilômetros da estrela foi muito significante, isso me mostrou que eu estava vendo algo que estava impresso sobre o disco exterior, em vez de algo que estava acontecendo diretamente no próprio disco,” John Debes disse. “A melhor explicação é que a característica é uma sombra movendo-se ao longo da superfície do disco protoplanetário.”

A equipe de pesquisa concluiu que seja lá o que está causando a sombra devia estar dentro de um raio de 33 bilhões de quilômetros a partir da estrela, tão perto da estrela que não pode ser detectado diretamente pelo Hubble ou qualquer outro telescópio dos dias presentes. A maneira mais provável de criar tal sombra é ter um disco interior que está inclinado relativo ao disco exterior. De fato, observações submilimétricas da estrela TW Hydrae pelo telescópio Atacama Large Millimeter Array (ALMA) no Chile sugeriu uma possível distorção no disco protoplanetário interno.

Mas qual é a causa dessa distorção no disco? “No cenário mais plausível isso é causado pela influência gravitacional de um planeta invisível, que está empurrando material para fora do plano orbital do disco e assim deformando-o,” John Debes explica. “O disco desalinhado está dentro do plano orbital do planeta.”

Baseado no período relativamente curto de 16 anos do movimento da sombra, o planeta é estimado estar a 160 bilhões de quilômetros da estrela – quase a distância entre a Terra e o Sol. O planeta seria aproximadamente do tamanho de Júpiter para ter gravidade suficiente para empurrar o material protoplanetário para fora de seu plano orbital, deixando-o inclinado relativo ao resto do disco. A gravidade do planeta faz o disco oscilar, ou evoluir, em torno da estrela, dando à sombra um período orbital de 16 anos.

Observações recentemente feitas da estrela TW Hydrae pelo telescópio ALMA no Chile adicionam mais evidências para a presença de um planeta no disco protoplanetário interno. ALMA revelou uma fenda dentro do disco a aproximadamente 14 milhões de quilômetros da estrela TW Hydrae. Uma fenda é significante, porque isso poderia ser uma assinatura da presença de um planeta que está expulsando os detritos vizinhos ao longo de seu caminho orbital.

Esse novo estudo do telescópio espacial Hubble oferece uma maneira única de procurar por planetas escondidos dentro da parte interna do disco protoplanetário e de descobrir o que está acontecendo numa região muito próxima da estrela, do qual não é acessível através do imageamento direto pelos atuais telescópios. “O que é surpreendente é que nós podemos aprender algo sobre uma parte invisível do disco através do estudo de sua região externa e medições do movimento, localização, e do comportamento de uma sombra,” Disse John Debes. “Esse estudo nos mostra que mesmo esses largos discos, cujas regiões internas não são diretamente observáveis, são ainda dinâmicos, ou estão mudando de maneiras detectáveis que nós não tínhamos imaginado.”

O telescópio espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA. O Centro de Voo Espacial de Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio. O Instituto de Ciência de Telescópio Espacial (STScl) em Baltimore, Maryland, conduz as operações científicas do Hubble. STScl é operado para a NASA pela a Associação de Universidades para Pesquisa de Astronomia em Washington.

Fonte: NASA Hubble

[Traduzido e adaptado por: @jonathantorres19]