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Neve ao redor de estrela dá pistas sobre formação de planetas e da vida

Com informações do ESO - 23/07/2013

Concepção artística da linha de neve em torno da estrela TW Hydrae, que mostra gelo de água cobrindo grãos de poeira no disco interior (4,5 a 30 unidades astronômicas, em azul) e gelo de monóxido de carbono cobrindo grãos no disco exterior (a mais de 30 unidades astronômicas, em verde). A transição de azul para verde marca a linha de neve do monóxido de carbono. As linhas de neve ajudam os grãos de poeira a aderirem uns aos outros, ao darem-lhes uma cobertura pegajosa, o que é essencial à formação de planetas e cometas. Pelo fato dos diferentes compostos químicos terem diferentes pontos de congelamento, as respectivas linhas de neve encontram-se a distâncias diferentes da estrela.
[Imagem: B. Saxton/A. Angelich/NRAO/AUI/NSF/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)]

Linha de neve

Uma equipe internacional de astrônomos conseguiu obter pela primeira vez a imagem de uma linha de neve em um sistema planetário recém-nascido.

Na Terra, as linhas de neve formam-se a altitudes elevadas, onde as temperaturas baixas transformam a umidade do ar em neve. Esta linha é claramente visível em montanhas muito elevadas, no local onde o pico coberto de neve termina e a face rochosa descoberta começa.

A linha de neve cósmica, situada no disco que rodeia a estrela do tipo solar chamada TW Hydrae, promete fornecer mais dados sobre a formação de planetas e cometas, incluindo os fatores que determinam a sua composição e, consequentemente, sobre a história do nosso próprio Sistema Solar.

Cola de planetas

As linhas de neve em torno das estrelas jovens formam-se de maneira semelhante ao que acontece nas montanhas terrestres, embora ocorram nas regiões distantes e frias dos discos de poeira, a partir dos quais se formam os sistemas planetários.

Partindo da estrela em direção ao exterior, a água (H2O), é a primeira a congelar, formando a primeira linha de neve. Mais longe da estrela, à medida que as temperaturas descem, outras moléculas podem congelar e transformar-se em neve, tais como o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4) e o monóxido de carbono (CO).

Estes diferentes tipos de neve dão aos grãos de poeira uma camada exterior pegajosa e desempenham um papel importante, ajudando os grãos a ultrapassarem a sua tendência natural para se quebrarem por meio de colisões, e permitindo-lhes tornarem-se os blocos constituintes cruciais de planetas e cometas.

A neve também aumenta a quantidade de matéria sólida disponível, podendo fazer acelerar drasticamente o processo de formação planetária.

Colando planetas diferentes

Cada uma destas diferentes linhas de neve - água, dióxido de carbono, metano e monóxido de carbono - podem estar ligadas à formação de tipos particulares de planetas.

Por exemplo, os planetas rochosos secos formam-se no lado interior da linha de neve da água (mais próximo da estrela), onde apenas a poeira pode existir. No outro extremo encontram-se os planetas gigantes gelados que se formam além da linha de neve do monóxido de carbono.

Em torno de uma estrela do tipo solar, em um sistema planetário como o nosso, a linha de neve da água corresponderia à distância entre as órbitas de Marte e Júpiter, e a linha de neve do monóxido de carbono corresponderia à órbita de Netuno.

A linha de neve descoberta pelo telescópio ALMA é o primeiro indício que temos da linha de neve de monóxido de carbono em torno de TW Hydrae, uma estrela jovem situada a 175 anos-luz de distância da Terra. Os astrônomos acreditam que este sistema planetário em formação partilha muitas das características do nosso Sistema Solar, quando este tinha apenas alguns milhões de anos de idade.

"O ALMA deu-nos a primeira imagem real de uma linha de neve em torno de uma estrela jovem, o que é tremendamente excitante, pelo que podemos aprender sobre o período inicial da história do nosso Sistema Solar", disse Chunhua Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EUA). "Conseguimos observar detalhes escondidos anteriormente, sobre as regiões geladas de outro sistema planetário semelhante ao nosso".

Esta imagem, obtida com o observatório ALMA, no Chile, mostra a região (a verde) onde a neve de monóxido de carbono se formou em torno da estrela TW Hydrae (assinalada no centro). A circunferência azul representa o local onde estaria a órbita de Neptuno, se comparássemos o tamanho deste sistema ao tamanho do Sistema Solar. A transição para o gelo de monóxido de carbono poderá também assinalar a fronteira interior da região onde corpos gelados mais pequenos se poderão formar, tais como cometas e planetas anões (do tipo de Plutão e Éris).
[Imagem: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)]

Formação da vida

A presença da linha de neve do monóxido de carbono pode ter também consequências mais importantes do que apenas a formação de planetas.

O gelo de monóxido de carbono é necessário à formação de metanol, que é um dos blocos constituintes das moléculas orgânicas mais complexas essenciais à vida.

Se os cometas levarem estas moléculas a planetas recém-formados, do tipo da Terra, estes planetas poderiam também ficar equipados com os ingredientes necessários à vida.

Até hoje, nunca se tinham obtido imagens diretas de linhas de neve, já que estas linhas se formam sempre no plano central relativamente estreito do disco protoplanetário e por isso, tanto a sua localização precisa quanto a sua extensão nunca tinham sido determinadas.

Acima e abaixo da região estreita onde as linhas de neve existem, a radiação da estrela impede a formação de gelo. A concentração de gás e poeira no plano central é indispensável para isolar a área da radiação estelar, de modo a que o monóxido de carbono e outros gases possam arrefecer e congelar nesta zona.

A equipe de astrônomos conseguiu espreitar para o interior deste disco, onde a neve se formou, utilizando um truque. Em vez de procurarem a neve - que não pode ser observada diretamente - procuraram uma molécula chamada diazenylium (N2H+), que brilha intensamente na região do milímetro do espectro eletromagnético e é por isso um alvo perfeito para um telescópio como o ALMA.

Esta molécula frágil é facilmente destruída na presença de monóxido de carbono gasoso, por isso só aparecerá em quantidades susceptíveis de serem detectadas em regiões onde o monóxido de carbono se transformou em neve, não podendo por isso destruir a molécula.

Ou seja, de uma maneira geral, a chave para encontrar a neve de monóxido de carbono consiste em encontrar diazenylium.