Imagem direta revela o planeta gigante jovem HD 135344 Ab com VLT/SPHERE

Discos protoplanetários, compostos de gás e poeira, se estabelecem ao redor de estrelas jovens - é nesse ambiente que os planetas se formam.

Esses discos não são permanentes. Com o tempo, a emissão energética da estrela dispersa o material por fotoevaporação, parte da matéria é incorporada aos planetas em crescimento, e o processo de formação planetária acaba por cessar.

Espera-se que todas as estrelas jovens apresentem discos protoplanetários, mas a própria poeira que alimenta a formação de mundos também atrapalha: ela torna muito difícil enxergar diretamente planetas recém-nascidos.

Astrónomos observaram recentemente um sistema binário em que cada estrela tem (ou teve) o seu próprio disco, com destinos diferentes. A estrela principal já limpou o seu disco protoplanetário empoeirado, enquanto a companheira ainda o mantém. Como a poeira que ocultava a região já foi removida ao redor da primária, ela se torna um alvo excelente para procurar planetas por imagem direta.

O estudo se chama "Descoberta por imagem direta de um planeta gigante jovem orbitando em escalas do Sistema Solar" e foi publicado em Astronomia e Astrofísica. O autor principal é Tomas Stolker, professor assistente de astronomia no Observatório de Leiden, da Universidade de Leiden, nos Países Baixos.

Discos protoplanetários: onde os planetas nascem e quando esse processo termina

O sistema de estrelas duplas em questão é o HD 135344 AB, localizado a cerca de 440 anos-luz da Terra. As componentes A e B são estrelas jovens e orbitam uma à outra a uma grande distância, o que sugere que os seus discos protoplanetários seguiram trajetórias de evolução separadas. A estrela primária é uma estrela de sequência principal do tipo A, enquanto a secundária é uma estrela de sequência principal do tipo F.

O ponto decisivo neste par é simples e, ao mesmo tempo, valioso: a estrela principal já dissipou o seu disco protoplanetário, mas a estrela secundária ainda não.

HD 135344 AB: um par binário com discos em estágios diferentes

A componente secundária vem sendo analisada há décadas, em grande parte porque continua a formar planetas. As observações do seu disco indicaram uma cavidade central, braços espirais e sombreamento variável - traços que apontam para interações entre planeta e disco, mesmo que os planetas em si permaneçam escondidos por uma camada espessa de poeira.

Já a estrela primária parece não exibir disco e, por isso, não recebeu tanta atenção ao longo do tempo. Paradoxalmente, é justamente a ausência de poeira que a transforma num local promissor para procurar exoplanetas.

No novo trabalho, a equipa usou o Telescópio Muito Grande (VLT) e o seu instrumento de exoplanetas SPHERE para obter uma imagem direta de um planeta em órbita da estrela primária, a HD 135344 A. Foram necessários quatro anos de observações dedicadas, com instrumentos muito potentes, até que o sinal pudesse ser identificado.

"A estrela A nunca tinha sido investigada porque não contém um disco. Eu e os meus colegas estávamos curiosos para saber se ela já tinha formado um planeta", disse Stolker num comunicado à imprensa.

"E, assim, depois de quatro anos de medições cuidadosas e um pouco de sorte, a resposta é sim."

Imagem direta do HD 135344 Ab com VLT/SPHERE e o que a descoberta revela

O HD 135344 Ab é um planeta jovem, com cerca de 10 massas de Júpiter. Ele orbita a sua estrela a 15-20 unidades astronómicas (UA) e tem tipo espectral mid-L, o que o coloca numa faixa intermediária entre uma anã castanha e um gigante gasoso. A sua idade não passa de 12 milhões de anos, tornando-o um dos planetas mais jovens já obtidos por imagem direta.

O facto de a estrela primária ter encerrado a formação planetária enquanto a secundária continua a formar planetas reforça que, em sistemas binários, as escalas de tempo da formação de planetas e da duração dos discos protoplanetários podem ser diferentes entre as duas estrelas.

Quando o objeto foi visto pela primeira vez, ainda não estava claro se se tratava de um planeta ou de outra estrela. O VLT, no entanto, é um telescópio poderoso e versátil: ele é composto por quatro telescópios separados - porém idênticos - que podem operar como um interferómetro, além de quatro telescópios auxiliares menores que podem ser posicionados de forma independente.

Essa configuração permitiu ao VLT e ao SPHERE cartografar a posição do candidato com altíssima precisão. Ao acompanhar o sistema ao longo do tempo, a equipa viu a estrela e o objeto moverem-se juntos, o que confirmou que se tratava de um planeta.

"Tivemos sorte, no entanto", diz Stolker. "O ângulo entre o planeta e a estrela agora é tão pequeno que o SPHERE mal consegue detetar o planeta."

Observar e obter imagens de exoplanetas é uma tarefa extremamente difícil. A maioria das descobertas de exoplanetas é inferida a partir de dados observacionais e, muitas vezes, apresentada com ilustrações artísticas que interpretam esses dados. No caso do HD 135344 Ab, embora as imagens não exibam detalhes do planeta, elas são imagens diretas - não representações.

Os investigadores indicam que o planeta provavelmente se formou perto da linha de neve do seu sistema. Os cientistas consideram essa região especialmente importante para a formação de planetas gigantes.

A explicação envolve a disponibilidade de materiais: substâncias voláteis como água, amónia e metano, nessa faixa, tendem a existir como sólidos, e não como gases. O aumento conjunto de superfícies sólidas disponíveis torna mais fácil que grãos de poeira se aglutinem e, com o tempo, cresçam até se tornar planetas.

Também foi difícil demonstrar que o sinal não era de uma estrela de fundo - um obstáculo clássico para a imagem direta de exoplanetas. Os dados astrométricos da missão Gaia tiveram um papel importante nesse esclarecimento.

"Este estudo também destaca a importância de medições astrométricas de alta precisão para separar completamente o movimento orbital do movimento de fundo numa região com estrelas de fundo não estacionárias", explicam os autores.

Ainda assim, o momento da observação contou. "Uma boa porção de sorte esteve envolvida na descoberta do HD 135344 Ab, no entanto, porque apanhámos o planeta numa separação favorável ao longo da sua órbita inclinada", escrevem os autores na conclusão.

"Nos próximos 10 a 20 anos, a separação angular com a sua estrela diminuirá para ≈10–35 mas, o que significa que o planeta não teria sido descoberto com o SPHERE durante uma grande fração da sua órbita."

Levantamentos de imagem direta indicam que planetas gigantes como este são raros em separações maiores, de 20 UA ou mais. Já a deteção desses mundos em separações menores deve crescer quando a missão astrométrica Gaia, da ESA, divulgar o seu quarto conjunto de dados, em 2026. Essas informações deverão orientar a busca por mais exoplanetas por imagem direta.

"O Gaia DR4 pode revelar pistas de planetas gigantes semelhantes e próximos em regiões de formação estelar, o que guiará buscas por imagem direta e algoritmos de pós-processamento", explicam os investigadores.

"O HD 135344 Ab pode fazer parte de uma população de planetas gigantes que pode ter-se formado nas proximidades da linha de neve", escrevem os autores.

"Esses objetos continuaram difíceis de detetar, já que a maioria dos levantamentos e das estratégias de observação não foi otimizada para separações tão pequenas."

Se existir uma população de planetas gigantes jovens como este, especialistas em exoplanetas terão grande interesse em encontrá-los, porque eles podem ensinar muito sobre como gigantes gasosos se formam. E, quando forem identificados, o passo seguinte será analisá-los com mais detalhe.

O futuro Telescópio Extremamente Grande, previsto para ver a sua primeira luz em 2029, deverá ter capacidade para isso, ajudando a revelar mais sobre esses planetas, as suas composições e os processos que os originam.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universe Today. Leia o artigo original.