Existirão mais sistemas planetários, em torno de estrelas semelhantes ao Sol, do que aqueles que actualmente se pensa existirem?

Se David Weintraub e Jeff Bary estiverem certos, podem existir muitos mais planetas a orbitarem estrelas semelhantes ao Sol do que aqueles que os modelos sobre a formação de estrelas e planetas actualmente aceites predizem.

Qual é a teoria actualmente aceite?

David Weintraub, professor associado de Astronomia em Vanderbilt, e o seu estudante licenciado, Jeff Bary, estão a olhar criticamente para as estrelas T Tauri. Estas estrelas são estrelas adolescentes, com menos de 10 milhões de anos, que estão destinadas a tornarem-se estrelas semelhantes ao Sol à medida que forem evoluindo.

As estrelas clássicas T Tauri ― aquelas com menos de 3 milhões de anos ― são sempre vistas acompanhadas por um espesso disco de gás e poeiras usualmente chamado de disco protoplanetário, visto que é a partir deste que os planetas se formam. A maioria das estrelas T Tauri mais velhas não evidenciam quaisquer sinais de possuírem tais discos, o que leva a maior parte dos astrónomos a concluírem que grande parte destas estrelas perde o seu disco protoplanetário antes de qualquer sistema planetário aí se formar, uma vez que estas estrelas não possuem uma idade suficiente que permita a formação de planetas.

De facto, de acordo com as teorias actuais, leva cerca de 10 milhões de anos para que um planeta do tipo de Júpiter se forme e ainda mais tempo para que se formem planetas do tipo da Terra. Os densos discos de gás e poeiras que envolvem as estrelas T Tauri clássicas são facilmente detectáveis porque as poeiras que os constituem brilham na região infravermelha do espectro. Embora a radiação infravermelha seja invisível a olho nu, esta é detectada com telescópios convenientemente equipados. O grupo de estrelas T Tauri mais velhas ― com idades compreendidas entre os 3 e os 6 milhões de anos ― são as que não evidenciam a existência de quaisquer discos e são chamadas de estrelas T Tauri nuas. Visto não existir qualquer prova visível de que as estrelas T Tauri nuas possuam discos protoplanetários, os astrónomos acreditam que o material ou foi absorvido pela estrela ou foi "varrido" para o espaço interplanetário ou, nos primeiros milhões de anos, foi atraído pela força gravitacional de uma estrela próxima. Assim, se estes modelos estiverem correctos e se a maior parte das estrelas semelhantes ao Sol perderem o seu disco protoplanetário na fase T Tauri, então muito poucas estriva?

Weintraub não se sente confortável com certos aspectos dos modelos actuais e argumenta que estes não têm em conta a evolução planetária pois, com o passar do tempo, o material do disco deverá começar a aglomerar-se em objectos sólidos, chamados planetesimais. À medida que estes crescem, uma porção cada vez maior da massa do disco é "aprisionada" no interior dos planetesimais, de onde não consegue emitir radiação directamente para o espaço. Os constituintes do disco que os astrónomos sabem bem como detectar ― poeiras e moléculas de monóxido de carbono ― desaparecem então rapidamente durante as fases iniciais da formação de planetas.

Assim, Weintraub e Bary estão a trabalhar numa teoria alternativa onde propõem que, afinal, as estrelas T Tauri mais velhas não perderam os seus discos mas que o material do disco mudou simplesmente para uma forma praticamente invisível para os telescópios terrestres. Defendendo tal teoria, começaram então a procurar várias maneiras que lhes permitam determinar se os "discos protoplanetários invisíveis" cada vez maior existem ou não.

Como se pode então determinar se os "discos protoplanetários invisíveis" existem?

Weintraub e Bary decidiram que a melhor alternativa seria a de procurar a existência de hidrogénio molecular, o constituinte principal dum disco protoplanetário, que deverá persistir por muito mais tempo do que poeiras e monóxido de carbono. Infelizmente, o hidrogénio molecular é bastante difícil de excitar através da emissão de radiações pois este tem que ser aquecido a uma temperatura relativamente elevada antes de começar a emitir radiação infravermelha.

O facto das estrelas T Tauri serem fortes emissoras de raios X deu-lhes outra ideia: talvez os raios X provenientes da estrela pudessem actuar como a fonte de energia capaz de excitar o hidrogénio molecular.

No entanto, para que fosse produzida uma quantidade suficiente de radiação de modo a poder ser detectada na Terra, o hidrogénio não pode estar misturado com poeiras e tem que se encontrar com uma certa densidade adequada. Estudando várias teorias de formação planetária, determinaram que as condições ideais para tal encontram-se numa região perto da ponta exterior do disco protoplanetário.

O próximo passo era conseguir tempo de observação num grande telescópio de modo a poderem testar a sua teoria. Quando olharam pelo telescópio de 4 metros do National Optical Astronomical Observatory em Kitt Peak, Arizona, e o apontaram para um dos seus principais alvos ― uma estrela T Tauri nua, aparentemente sem disco, chamada DoAr21 ― encontraram o sinal débil que tanto procuravam, isto é, encontraram provas da existência de moléculas de hidrogénio onde anteriormente se pensava não existirem.

E o que fazer com esta informação?

Quando Bary calculou a quantidade de hidrogénio envolvida neste sinal deparou-se com o valor de 1 milésimo de milionésimo da massa do Sol, ou seja, quantidade que não é nem suficiente para formar a Lua. No entanto, os investigadores acreditam que detectaram somente a ponta do iceberg, visto que a maior parte do hidrogénio não emite radiação na região dos infravermelhos. Mas estes cálculos levantam a dúvida se o hidrogénio molecular detectado faz parte de um disco protoplanetário completo ou se é constituído apenas por restos ténues deste. Embora não tenham respondido completamente a tal questão, outras observações parecem suportar a ideia de que DoAr21 possui um disco considerável mas invisível.

Que novas observações são essas?

Estas novas observações baseiam-se na detecção das riscas de emissão do hidrogénio molecular de três estrelas clássicas T Tauri com discos protoplanetários visíveis. O tamanho das riscas de emissão do hidrogénio dessas três estrelas é comparável ao medido na DoAr21. A acrescentar a isto, também calcularam a razão entre a massa das moléculas de hidrogénio que estão a emitir radiações infravermelhas e a massa do disco inteiro nos três sistemas. Nestes três sistemas, a razão por eles calculada foi cerca de 1 para 100 milhões.

Tais cálculos e o facto de se assumir que estes são válidos para os dois tipos de estrelas T Tauri, o que não é improvável, sugere que a estrela T Tauri nua possui então um disco considerável mas difícil de detectar.

E agora?

Weintraub e Bary admitem que ainda têm mais trabalho para fazerem se querem convencer os colegas a adoptarem a sua teoria. Assim, conseguiram tempo de observação no telescópio de 8 metros Gemini South, no Chile, e planeiam observar mais 50 estrelas T Tauri nuas para verem quantas delas produzem a mesma emissão de hidrogénio molecular. Se tal for detectado na maior parte destas estrelas, isso indica que talvez tenham descoberto um mecanismo geral no processo de formação dos planetas. Também planeiam procurar uma segunda risca de emissão de hidrogénio mais fraca e, se a encontrarem, poderá ajudá-los a perceber melhor todo esse processo de excitação das moléculas. Actualmente, o número de estrelas T Tauri nuas descobertas é muito superior ao número de estrelas T Tauri clássicas. Se Weintraub e Bary provarem que estão certos e que uma percentagem significativa de T Tauri nuas desenvolvem sistemas planetários, isso significa que sistemas solares semelhantes ao nosso são uma visão comum no universo.

[1] Notícia da lista "Astronovas" (lista de distribuição de notícias de astronomia em português) do Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa, publicada a 26 de Dezembro de 2002 e que constitui um excelente exemplo de como se faz investigação científica.