Este sistema quádruplo de estrelas não parece com nada do que já vimos

Astrônomos usando o telescópio ALMA descobriram um disco formador de planetas estranhamente inclinado dentro de um sistema duplo binário de estrela, uma configuração que até agora só existia na teoria.

Sistemas quádruplos de estrela com dois pares binários não são comuns, muito menos se descobertos ao redor de um disco protoplanetário — um anel de gás e poeira que gradualmente congela para formar planetas. Um sistema estelar localizado a 146 anos-luz da Terra, chamado HM 99800, tem todos esses atributos, mas como uma nova pesquisa publicada na Nature Astronony revela, este sistema conta com um impressionante e estranho disco protoplanetário.

HD 98800 tem em seu interior um par binário de estrelas e um par externo. O par interno, chamado BaBb, está próximo ao outro, cerca de 1 AU, que é a distância média da Terra até o Sol. O par externo, chamado de AaAb, dista 54 AU — uma distância maior que entre Plutão e o Sol (40 AU). Mas esqueça por um tempo o par externo — é o par interno e seus arredores que são interessantes.

Normalmente, um disco protoplanetário fica no mesmo plano que o plano orbital de suas estrelas binárias. Isso não ocorre com o HD 98800 — seu disco protoplanetário repousa perpendicularmente ao plano do par binário em um ângulo reto. Está em uma configuração polar — em vez de rodar de leste a oeste, o disco está indo numa direção de norte a sul, por assim dizer. Aqui está outra analogia: o par binário interno são como dois cavalos circulando em um carrossel, enquanto o disco protoplanetário é como uma roda-gigante com o carrossel no centro.

Antes dessa descoberta, sistemas como HD 98800 só existiam na teoria.

“Discos ricos em gás e poeira são vistos ao redor de quase todas as estrelas jovens, e sabemos que pelo menos um terço dos que orbitam estrelas solitárias formam planetas”, disse Grant Kennedy, astrônomo da Universidade de Warwick e autor principal do novo estudo, em um comunicado. “Alguns destes planetas acabam sendo desalinhados com o giro da estrela, então nos perguntamos se algo similar seria possível para planetas circumbinários. Uma peculiaridade da dinâmica significa que um chamado desalinhamento polar deveria ser possível, mas até agora não tínhamos evidências de discos desalinhados nos quais esses planetas pudessem se formar.”

Os astrônomos sabem da existência do HD 98800 há vários anos. Antes, cientistas haviam rastreado movimentos de suas estrelas internas para ver como elas se moviam em relação umas às outras. Agora, usando o ALMA, a equipe de Kennedy pôde inspecionar visualmente o sistema e caracterizar a orientação do anel protoplanetário que cerca o par binário interno.

Apesar dessa configuração esquisita, o HD 98800 ainda exibe características consistentes com o início de formação planetária.

“Nós entendemos que isso significa que a forma do planeta pode pelo menos começar nesses discos polares circumbinários”, explicou Kennedy. “Se o resto do processo de formação de planeta puder acontecer, pode haver toda uma população de planetas desalinhados circumbinários que ainda temos que descobrir, e coisas como variações sazonais estranhas a serem consideradas.”

Mas embora isto possa iniciar a formação planetária, não está claro até que ponto os planetas podem se formar e permanecer estáveis dentro de um sistema aparentemente tão caótico. Se existem planetas ou planetesimais, no entanto, a visão de um objeto dentro de tal sistema seria extraordinária. Ao estar sobre um desses planetesimais, você veria o arco do disco protoplanetário se estendendo do horizonte, alcançando diretamente a parte superior e retornando ao horizonte atrás de você. Enquanto isso, em um ponto ao longo do disco, duas estrelas seriam vistas dando voltas e voltas ao redor do disco protoplanetário.

Concepção artística da visão de um objeto hipotético dentro do disco protoplanetário, com o par binário aparecendo no topo. Crédito: University of Warwick

“Este é um resultado bem empolgante”, disse Konstantin Batygin, astrônomo do Instituto de Tecnologia da Califórnia que não participou da pesquisa. “Configurações desse tipo são exatamente o que se esperaria da interação entre gravidade e dissipação interna dentro de discos protoplanetários. A descoberta do primeiro desses sistemas sugere que os esforços de modelagem foram precisos. Sem dúvida, mais sistemas desse tipo serão descobertos no futuro.”

Daniel Tamayo, um astrônomo de Princeton que também não tem relação com a pesquisa atual, concordou com Batygin, descrevendo o artigo como fantástico e como uma “bonita descoberta sem nenhuma ambiguidade”.

“É uma peculiaridade matemática da dinâmica orbital que as órbitas polares em torno de um sistema estelar binário são uma configuração muito estável, mas não estava claro se a natureza, algum dia, iria formar algo do tipo”, disse Tamayo ao Gizmodo. “Houve vários exemplos anteriores de discos altamente inclinados, mas este é o primeiro caso inequívoco, e um verdadeiro testemunho do trabalho cuidadoso dos autores e das fantásticas capacidades técnicas do observatório ALMA.”

O próximo desafio consiste em astrônomos identificarem sistemas similares e em diferentes estágios de desenvolvimento. A descoberta de planetas reais dentro de um sistema como esse seria particularmente impressionate.

[Nature Astronomy]