Astrónomos detetaram sinais de uma atmosfera despojada de um planeta por um impacto gigante
Uma equipa de investigadores descobriu evidências de um impacto gigante no sistema estelar próximo HD 172555, no qual um planeta terrestre do tamanho da Terra e um impactor mais pequeno colidiram há pelo menos 200.000 anos, retirando parte da atmosfera de um planeta.
Os sistemas planetários jovens geralmente "sofrem" muito quando crescem, à medida que corpos bebés colidem e fundem-se para formar planetas progressivamente maiores. No nosso próprio Sistema Solar, pensa-se que a Terra e a Lua sejam produtos desse tipo de impacto gigante. Os astrónomos presumem que tais colisões deveriam ser comuns em sistemas primitivos, mas têm sido difíceis de observar em torno de outras estrelas.
Agora, astrónomos do MIT (Massachusetts Institute of Technology), da Universidade Nacional da Irlanda, Galway, da Universidade de Cambridge e de outros lugares descobriram evidências de um impacto gigante que ocorreu num sistema estelar próximo, a apenas 95 anos-luz da Terra. A estrela, chamada HD 172555, tem cerca de 23 milhões de anos e os cientistas suspeitaram que a sua poeira contém vestígios de uma colisão recente.
A equipa observou mais evidências de um impacto gigante em torno da estrela. Determinaram que a colisão provavelmente ocorreu entre um planeta terrestre do tamanho aproximado da Terra e um impactor mais pequeno, há pelo menos 200.000 anos, a velocidades que rondam os 10 km/s.
Crucialmente, detetaram gás indicando que tal impacto de alta velocidade provavelmente fez explodir parte da atmosfera do planeta - um evento dramático que explicaria o gás e poeira observados em torno da estrela. Os achados, publicados na revista Nature, representam a primeira deteção deste tipo.
"Esta é a primeira vez que detetamos este fenómeno, de uma atmosfera protoplanetária despojada por um impacto gigante," diz Tajana Schneiderman, estudante do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. "Todos estamos interessados em observar um impacto gigante porque esperamos que sejam comuns, mas não temos evidências disso em muitos sistemas. Agora temos uma visão adicional sobre estas dinâmicas."
A estrela HD 172555 tem sido objeto de intriga entre os astrónomos devido à composição invulgar da sua poeira. As observações ao longo dos últimos anos mostraram que a poeira da estrela contém grandes quantidades de minerais invulgares, em grãos que são muito mais finos do que os astrónomos esperariam para um típico disco estelar de detritos.
"Por causa destes dois fatores, HD 172555 tem sido considerado um sistema estranho," diz Schneiderman.
Ela e colegas perguntaram-se o que o gás poderia revelar sobre a história de impactos do sistema. Estudaram dados obtidos pelo ALMA (Atacama Large Millimeter Array) no Chile, que consiste de 66 radiotelescópios, cujo espaçamento pode ser ajustado para aumentar ou diminuir a resolução das suas imagens. A equipa examinou dados do arquivo público do ALMA, em busca de sinais de monóxido de carbono em torno de estrelas próximas.
"Quando os astrónomos querem estudar o gás em discos de detritos, o monóxido de carbono é normalmente o mais brilhante e, portanto, o mais fácil de encontrar," diz Schneiderman. "De modo que examinámos os dados de monóxido de carbono para HD 172555 novamente porque era um sistema interessante."
Com uma reanálise cuidadosa, a equipa conseguiu detetar monóxido de carbono ao redor da estrela. Quando mediram a sua abundância, descobriram que o gás correspondia a 20% do monóxido de carbono encontrado na atmosfera de Vénus. Também observaram que o gás estava a circular em grandes quantidades, surpreendentemente perto da estrela, a cerca de 10 UA, ou 10 vezes a distância entre a Terra e o Sol.
"A presença de monóxido de carbono assim tão perto requer alguma explicação," realça Schneiderman.
Isto porque o monóxido de carbono é normalmente vulnerável à fotodissociação, um processo no qual os fotões de uma estrela quebram e destroem a molécula. A curta distância, normalmente haveria muito pouco monóxido de carbono tão perto de uma estrela. Assim, o grupo testou vários cenários para explicar a aparência abundante e próxima do gás.
E rapidamente descartaram um cenário no qual o gás surgia de detritos de uma estrela recém-formada, bem como outro em que o gás era produzido por uma cintura de asteroides gelados. Também consideraram um cenário no qual o gás era emitido por muitos cometas gelados vindos de uma cintura de asteroides distante, semelhante à nossa própria cintura de Kuiper. Mas os dados também não encaixavam neste cenário. O último cenário que a equipa considerou foi que o gás era um remanescente de um impacto gigante.
"De todos os cenários, é o único que pode explicar todas as características dos dados," diz Schneiderman. "Em sistemas desta idade, esperamos haver impactos gigantescos, e esperamos que os impactos gigantes sejam realmente bastante comuns. As escalas de tempo funcionam, a idade funciona e as restrições morfológicas e composicionais funcionam. O único processo plausível que poderia produzir monóxido de carbono neste sistema, neste contexto, é um impacto gigante."
A equipa estima que o gás foi libertado de um impacto gigante que ocorreu há pelo menos 200.000 anos - recente o suficiente para que a estrela não tivesse tido tempo de destruir completamente o gás. Com base na abundância do gás, o impacto foi provavelmente massivo, envolvendo dois protoplanetas, provavelmente comparáveis em tamanho com a Terra. O impacto foi tão grande que provavelmente explodiu parte da atmosfera de um planeta, na forma do gás que a equipa observa hoje.
"Agora existe a possibilidade de trabalho futuro para lá deste sistema," diz Schneiderman. "Estamos a mostrar que, se se encontrar monóxido de carbono num lugar e numa morfologia consistente com um impacto gigante, fornece uma nova avenida para procurar impactos gigantes e para entender como os detritos se comportam no rescaldo."
"O que é particularmente emocionante neste trabalho, na minha opinião, é que demonstra a importância da perda atmosférica por impactos gigantes," diz Hilke Schlichting, professora de ciências terrestres, planetárias e espaciais na Universidade da Califórnia em Los Angeles, que não esteve envolvida na investigação. "Também abre a possibilidade de estudar a composição das atmosferas de exoplanetas que sofrem impactos gigantes, o que, em última análise, pode ajudar a esclarecer a condição atmosférica dos planetas terrestres durante o seu próprio estágio de impactos gigantes."