Evidência de um impacto gigante em um sistema estelar próximo destruindo a atmosfera de um planeta

É provável que tais colisões planetárias sejam comuns em sistemas solares jovens, mas não foram observadas diretamente.

Os sistemas planetários mais jovens geralmente experimentam fortes dores de crescimento, à medida que os corpos dos bebês colidem e se fundem para formar planetas progressivamente maiores. Em nosso sistema solar, acredita-se que a Terra e a Lua sejam produtos desse tipo de impacto gigante. Os astrônomos acreditam que tais colisões deveriam ter sido comuns nos primeiros sistemas, mas eram difíceis de observar em torno de outras estrelas.

Agora, os astrônomos em Com, e a Universidade Nacional da Irlanda em Galway e a Universidade de Cambridge e outros lugares descobriram evidências de uma colisão gigante em um 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 suspeitam que sua poeira traga vestígios de um impacto recente.

A equipe liderada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts observou mais evidências de um impacto gigante ao redor da estrela. Eles determinaram que a colisão provavelmente ocorreu entre um planeta mais ou menos do tamanho da Terra e um menor, pelo menos 200.000 anos atrás, a 10 quilômetros por segundo, ou mais de 22.000 milhas por hora.

Crucialmente, eles detectaram gás indicando que um impacto de alta velocidade provavelmente explodiria parte da atmosfera do planeta maior – um evento emocionante que explicaria o gás e a poeira observados ao redor da estrela. Os resultados, que aparecem hoje em temperar natureza, representa a primeira detecção desse tipo.

“Esta é a primeira vez que detectamos esse fenômeno, que é a atmosfera de um protoplaneta nu em um impacto gigante”, diz a autora principal Tajana Schneiderman, uma estudante de graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. “Todos estão interessados ​​em observar um efeito gigante porque esperamos que seja comum, mas não temos evidências em muitos sistemas para isso. Agora temos uma visão adicional sobre essa dinâmica.”

sinal claro

A estrela HD 172555 tem sido objeto de intriga entre os astrônomos devido à composição incomum de sua poeira. Observações em anos recentes mostraram que a poeira estelar contém grandes quantidades de minerais incomuns, em grãos muito mais finos do que os astrônomos esperariam para um disco de detritos estelares típico.

“Por causa desses dois fatores, acredita-se que o HD 172555 seja esse sistema peculiar”, diz Schneiderman.

Ela e seus colegas se perguntaram o que o gás poderia revelar sobre o histórico de impacto do sistema. Eles analisaram os dados obtidos antes Alma, Atacama Large Millimeter Array no Chile, que inclui 66 radiotelescópios, cujas distâncias podem ser ajustadas para aumentar ou diminuir a resolução de suas imagens. A equipe analisou os dados dos arquivos públicos do ALMA, em busca de sinais de monóxido de carbono em torno de estrelas próximas.

“Quando as pessoas querem estudar o gás em discos de detritos, o monóxido de carbono é o mais brilhante e, portanto, mais fácil de encontrar”, diz Schneiderman. “Então, olhamos os dados de monóxido de carbono para HD 172555 novamente porque era um sistema interessante.”

no rescaldo

Por meio de uma reanálise cuidadosa, a equipe foi capaz de detectar o monóxido de carbono ao redor da estrela. Quando eles mediram sua abundância, eles descobriram que o gás constituía 20 por cento do monóxido de carbono nele Vênus‘ Atmosfera. Eles também notaram que o gás estava orbitando 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 nesta proximidade requer alguma explicação”, diz Schneiderman.

Isso porque o monóxido de carbono está normalmente sujeito à fotodissociação, um processo no qual os fótons de uma estrela se desintegram e destroem a molécula. A curta distância, geralmente há muito pouco monóxido de carbono perto da estrela. Portanto, o grupo testou diferentes cenários para explicar o aparecimento abundante do gás.

Eles rapidamente descartaram um cenário em que o gás se originou dos destroços de uma estrela recém-formada, bem como um cenário em que o gás foi produzido por um cinturão próximo a asteróides gelados. Eles também consideraram um cenário em que o gás era emitido por muitos cometas gelados fluindo de um cinturão de asteróides distante, semelhante ao nosso próprio cinturão de Kuiper. Mas os dados também não se encaixavam nesse cenário. O cenário final que a equipe considerou foi que o gás sobrou de um impacto gigante.

“De todos os cenários, apenas ele pode explicar todas as características dos dados”, diz Schneiderman. “Em sistemas desta idade, esperamos que haja impactos gigantescos e esperamos que impactos gigantes sejam realmente muito comuns. As escalas de tempo funcionam, as idades funcionam, as restrições morfológicas e composicionais funcionam. O único processo plausível que pode produzir monóxido de carbono em este sistema está neste contexto. É um impacto enorme. “

A equipe estima que o gás foi liberado de uma colisão gigante que ocorreu há pelo menos 200.000 anos – recente o suficiente para que a estrela não tenha tido tempo de destruir completamente o gás. Dependendo da abundância do gás, o impacto provavelmente será enorme, envolvendo dois protoplanetas, provavelmente do tamanho da Terra. O efeito foi tão grande que provavelmente causou a explosão de parte da atmosfera de um planeta, na forma de gás que a equipe observou hoje.

“Agora há potencial para trabalho futuro fora desse sistema”, diz Schneiderman. “Estamos mostrando que, se você encontrar monóxido de carbono no lugar e se alinhar com um impacto gigante, ele fornece uma nova maneira de procurar impactos gigantes e entender como os detritos se comportam no rescaldo.”

diz Helk Schleichting, professor de ciências da Terra, planetárias e espaciais na UCLA, que não esteve envolvido na pesquisa. “Também abre a possibilidade de estudar a composição da atmosfera de planetas solares adicionais sujeitos a impactos gigantescos, que podem eventualmente ajudar a lançar luz sobre o estado da atmosfera dos planetas terrestres durante sua fase de impacto gigantesco.”

Referência: “Monóxido de carbono de um impacto gigante no interior de um sistema jovem” por Tajana Schneiderman, Luca Matra, Alan B. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Krall, Sebastian Marino, Karen I. Oberg e Kate Yell. Su, David J. Wellner e Mark C. White, 20 de outubro de 2021, disponível aqui. temperar natureza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

Esta pesquisa foi apoiada em parte pelo Observatório ALMA e pela Fundação Simons.