Nota de Imprensa

Primeira detecção de álcool metílico num disco de formação planetária

15 de Junho de 2016

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) detectou a molécula orgânica de álcool metílico (metanol) no disco protoplanetário da TW Hydrae. Esta é a primeira vez que se detecta tal composto num disco de formação planetária jovem. O metanol é a única molécula orgânica complexa detectada até agora em discos, que deriva inequivocamente de uma forma gelada. A sua detecção ajuda os astrónomos a compreender os processos químicos que ocorrem durante a formação de sistemas planetários e que, em última instância, levam à criação dos ingredientes necessários à vida.

O disco protoplanetário em torno da jovem estrela TW Hydrae é o disco mais próximo da Terra que se conhece, situando-se a uma distância de apenas 170 anos-luz. Como tal é um alvo ideal para os astrónomos estudarem este tipo de objetos. O sistema assemelha-se bastante ao que os astrónomos pensam que terá sido o Sistema Solar durante a sua formação, há mais de 4 mil milhões de anos atrás.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) é o mais poderoso observatório que existe atualmente para mapear a composição química e a distribuição de gás frio em discos próximos. Estas capacidades únicas foram utilizadas por um grupo de astrónomos liderados por Catherine Walsh (Observatório de Leiden, Holanda) para investigar a química do disco protoplanetário da TW Hydrae.

As observações ALMA revelaram pela primeira vez as impressões digitais do álcool metílico gasoso, ou metanol (CH₃OH), num disco protoplanetário. O metanol, um derivado do metano, é uma das maiores moléculas orgânicas complexas detectadas em discos, até à data. Identificar a sua presença em objetos pré-planetários representa um marco importante para compreender como é que as moléculas orgânicas são incorporadas nos planetas em nascimento.

Adicionalmente, o metanol é ele próprio um bloco constituinte de espécies mais complexas de importância prebiótica fundamental, como os compostos dos aminoácidos. Por tudo isto, o metanol desempenha um papel vital na criação da química orgânica rica necessária à vida.

Catherine Walsh, autora principal deste estudo, explica: “Encontrar metanol num disco protoplanetário mostra a capacidade única do ALMA em investigar o complexo reservatório orgânico gelado dos discos, permitindo-nos pela primeira vez olhar para trás no tempo, para a origem da complexidade química numa maternidade planetária em torno de uma estrela jovem do tipo do Sol.”

A existência de metanol gasoso num disco protoplanetário tem uma importância única em astroquímica. Enquanto outras espécies detectadas no espaço são formadas apenas pela química de fase gasosa, ou então por uma combinação das fases gasosa e sólida, o metanol é um composto orgânico complexo, que é formado apenas na fase gelada através de reações na superfície de grãos de poeira.

A visão apurada do ALMA permitiu igualmente aos astrónomos mapear o metanol gasoso no disco da TW Hydrae, revelando um padrão em forma de anel, para além da emissão significativa com origem próximo da estrela central [1].

A observação do metanol na fase gasosa, combinada com informação sobre a sua distribuição, sugere que o metanol se terá formado nos grãos gelados do disco, tendo sido subsequentemente libertado sob a forma gasosa. Esta primeira observação ajuda a clarificar o mistério da transição gelo-gás do metanol [2] e, mais geralmente, os processos químicos em ambientes astrofísicos [3].

Ryan A. Loomis, um co-autor do estudo, acrescenta: “A existência de metanol gasoso no disco é um indicador inequívoco de processos químicos orgânicos ricos numa fase inicial de formação estelar e planetária. Este resultado é importante no sentido de compreendermos como é que a matéria orgânica se acumula em sistemas planetários muito jovens.”

Esta primeira detecção de sucesso do metanol gasoso frio num disco protoplanetário significa que a produção de química gelada pode agora ser explorada nos discos, abrindo caminho para futuros estudos de química orgânica complexa em locais de formação planetária. Os astrónomos têm agora acesso a uma nova e poderosa ferramenta na busca de exoplanetas que possam albergar vida.

Notas

[1] Um anel de metanol entre 30 e 100 unidades astronómicas (UA) reproduz o padrão de metanol observado pelo ALMA. A estrutura identificada apoia a hipótese de que o grosso do reservatório de gelo do disco encontra-se principalmente nos grãos de poeira maiores (com tamanhos até ao milímetro), grãos estes situados nas 50 UA interiores, que se separaram do gás e vaguearam radialmente para o interior, em direção à estrela.

[2] Neste estudo, em vez de desorpção térmica (com o metanol libertado a temperaturas mais elevadas do que a sua temperatura de sublimação), outros mecanismos parecem atuar e foram avaliados pela equipa, incluindo a fotodesorpção por fotões ultravioletas e a desorpção reativa. Observações ALMA mais detalhadas ajudariam a definir um destes cenários.

[3] A variação radial de espécies químicas na composição do meio-plano do disco, e especificamente a localização de linhas de neve, é crucial para a compreensão da química dos planetas em formação. As linhas de neve marcam a fronteira para além da qual uma determinada espécie química volátil congela nos grãos de poeira. A detecção de metanol também nas regiões exteriores mais frias do disco mostra que esta molécula é capaz de escapar dos grãos a temperaturas muito mais baixas do que a sua temperatura de sublimação, o que é necessário para dar origem à desorpção térmica.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, de Catherine Walsh et al., publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal, Volume 823, Número 1.

A equipa é composta por Catherine Walsh (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), Ryan A. Loomis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, EUA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, EUA), Mihkel Kama (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), Merel L. R. van't Hoff (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), Tom J. Millar (School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, RU), Yuri Aikawa (Centro de Ciências Computacionais, Universidade de Tsukuba, Tsukuba, Japão), Eric Herbst (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, EUA), Susanna L. Widicus Weaver (Department of Chemistry, Emory University, Atlanta, Georgia, EUA) e Hideko Nomura (Departamento da Terra e Ciências Planetárias, Instituto de Tecnologia de Tóquio, Tóquio, Japão).

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, é uma parceria entre o ESO,  a Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO em prol dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá (NRC) e do Conselho Nacional Científico da Ilha Formosa (NSC) e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Ilha Formosa e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI). A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos Estados Unidos (NRAO), que é gerido pela Associação de Universidades, Inc. (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório ALMA (JAO) fornece uma liderança e direção unificadas na construção, gestão e operação do ALMA.

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 16 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, assim como pelo Chile, o país de acolhimento. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é um parceiro principal no ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o European Extremely Large Telescope (E-ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1619, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.