Distância de estrelas mais brilhantes é crucial na formação de planetas

Estudo do aglomerado estelar Westerlund 2 feito com imagens do Hubble mostrou que não há material para planetas se formarem perto das estrelas que ficam na sua região central

O aglomerado estelar Westerlund 2: a formação de planetas ocorre em torno de estrelas mais afastadas da região central. Crédito: Nasa/ESA/ Hubble Heritage Team (STScI/AURA)/A. Nota (ESA/STScI)/Westerlund 2 Science Team

Astrônomos que usam o Telescópio Espacial Hubble, da Nasa/ESA, descobriram que os planetas têm dificuldade em se formar na região central do aglomerado de estrelas Westerlund 2. Localizado a 20 mil anos-luz de distância, o Westerlund 2 é um laboratório exclusivo para estudar estrelas processos evolutivos porque é relativamente próximo, bastante jovem e contém uma grande população estelar.

Um estudo de três anos (2016-2019) com imagens do Hubble sobre estrelas no Westerlund 2 revelou que os precursores de discos formadores de planetas circundando estrelas perto do centro do aglomerado são misteriosamente desprovidos de grandes e densas nuvens de poeira que em poucos milhões de anos poderiam se tornar planetas.

No entanto, as observações mostram que estrelas na periferia do aglomerado possuem imensas nuvens de poeira formadoras de planetas embutidas em seus discos. Os pesquisadores acham que nosso sistema solar seguiu essa receita quando se formou 4,6 bilhões de anos atrás. Seu trabalho foi publicado na revista “The Astrophysical Journal”.

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Então, por que algumas estrelas de Westerlund 2 têm dificuldade em formar planetas, enquanto outras não? Parece que a formação de um planeta depende sobretudo da localização. As estrelas mais maciças e brilhantes do aglomerado se reúnem no núcleo, o que é verificado por observações de outras regiões formadoras de estrelas. O centro do aglomerado contém pelo menos 30 estrelas extremamente massivas, algumas pesando até 80 vezes a massa do Sol. Sua radiação ultravioleta intensa e ventos estelares semelhantes a furacões de partículas carregadas lançam discos em torno de estrelas vizinhas de massa baixa, dispersando as gigantescas nuvens de poeira.

Propriedades alteradas

“Basicamente, se você tem estrelas-monstros, a energia delas alterará as propriedades dos discos ao redor de estrelas próximas e menos massivas”, explicou Elena Sabbi, do Space Telescope Science Institute, de Baltimore (EUA), e pesquisadora principal do estudo do Hubble. “Você ainda pode ter um disco, mas as estrelas alteram a composição da poeira nos discos, por isso é mais difícil criar estruturas estáveis ​​que acabarão por levar aos planetas. Acreditamos que a poeira evapora em 1 milhão de anos ou muda em composição e tamanho tão dramaticamente que os planetas não têm os blocos de construção para formar planetas.”

As observações do Hubble representam a primeira vez que os astrônomos analisaram um aglomerado de estrelas extremamente denso para estudar quais ambientes são favoráveis ​​à formação do planeta. Os cientistas, no entanto, ainda estão debatendo se estrelas volumosas nascem no centro do aglomerado ou se migram para lá. O Westerlund 2 já possui estrelas massivas em seu núcleo, embora seja um sistema relativamente jovem, com 2 milhões de anos de idade.

Usando a Wide Field Camera 3 do Hubble, os pesquisadores descobriram que das quase 5 mil estrelas no Westerlund 2 com massas entre 0,1 e 5 vezes a massa do Sol, 1.500 mostram flutuações na luz à medida que as estrelas acumulam material em seus discos. O material em órbita acumulado dentro do disco bloqueará temporariamente parte da luz das estrelas, causando flutuações de brilho.

No entanto, o Hubble detectou a assinatura desse material em órbita apenas em torno de estrelas fora da região central do aglomerado de estrelas. O telescópio testemunhou grandes quedas de brilho por até 10 a 20 dias em torno de 5% das estrelas antes que elas retornassem ao brilho normal. Eles não detectaram essas quedas de brilho nas estrelas localizadas dentro de um raio de quatro anos-luz a partir do centro.

Sementes de planetas

Essas flutuações podem ser causadas por grandes aglomerações de poeira passando na frente da estrela. Essas aglomerações estariam em um disco quase inclinado quando visto da Terra. “Achamos que elas são planetesimais ou estruturas em formação”, explicou Sabbi. “Essas podem ser as sementes que acabam levando a planetas em sistemas mais evoluídos. Esses são os sistemas que não vemos perto de estrelas muito massivas. Nós os vemos apenas em sistemas fora do centro.”

Graças ao Hubble, os astrônomos agora podem ver como as estrelas estão se acumulando em ambientes que são como o universo primitivo, onde os aglomerados eram dominados por estrelas monstruosas. Até agora, o ambiente estelar nas proximidades mais conhecido que contém estrelas massivas é a região de nascimentos na nebulosa de Órion. No entanto, Westerlund 2 é um alvo mais rico devido à sua maior população estelar.

“As observações do Hubble sobre Westerlund 2 nos dão uma noção muito melhor de como as estrelas de diferentes massas mudam ao longo do tempo, e como ventos e radiação poderosos de estrelas muito massivas afetam as estrelas de menor massa próximas e seus discos”, disse Sabbi. “Vemos, por exemplo, que estrelas de massa mais baixa, como o nosso Sol, que estão perto de estrelas extremamente massivas no aglomerado ainda têm discos e ainda podem acumular material à medida que crescem. Mas a estrutura de seus discos (e, portanto, de sua capacidade de formação de planetas) parece ser muito diferente daquela dos discos em torno das estrelas que se formam em um ambiente mais calmo, mais distante do núcleo do aglomerado. Essas informações são importantes para a construção de modelos de formação de planetas e de evolução estelar.”

Laboratório para observações

O aglomerado Westerlund 2 será um excelente laboratório para observações de acompanhamento com o próximo Telescópio Espacial James Webb, da Nasa, um observatório de luz infravermelha. O Hubble ajudou os astrônomos a identificar as estrelas que possuem possíveis estruturas planetárias. Com o Webb, programado para ser lançado em 2021, os pesquisadores poderão estudar quais discos em torno das estrelas não estão acumulando material e quais ainda possuem material que pode se transformar em planetas. Esta informação sobre 1.500 estrelas permitirá aos astrônomos mapear um caminho sobre como os sistemas estelares crescem e evoluem. O Webb também poderá estudar a química dos discos em diferentes fases evolutivas e observar como eles mudam, além de ajudar os astrônomos a determinar que influência o ambiente exerce em sua evolução.

O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, da Nasa, outro observatório de infravermelho planejado, poderá realizar o estudo de Sabbi em uma área muito maior. Westerlund 2 é apenas uma pequena fatia de uma imensa região de formação estelar. Essas vastas regiões contêm aglomerados de estrelas com diferentes idades e densidades. Os astrônomos poderiam usar as observações do telescópio Roman para começar a construir estatísticas sobre como as características de uma estrela (por exemplo, sua massa) afetam sua própria evolução ou a natureza das estrelas que se formam nas proximidades. As observações também poderiam fornecer mais informações sobre como os planetas se formam em ambientes mais complexos.

O aglomerado estelar Westerlund 2: a formação de planetas ocorre em torno de estrelas mais afastadas da região central. Crédito: Nasa/ESA/ Hubble Heritage Team (STScI/AURA)/A. Nota (ESA/STScI)/Westerlund 2 Science Team

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