Em 2003, o Hubble forneceu evidências de um exoplaneta massivo em torno de uma estrela muito antiga. Essas estrelas possuem apenas pequenas quantidades de elementos mais pesados que são os blocos de construção dos planetas. Isto implicava que alguma formação planetária ocorreu quando o nosso Universo era muito jovem, e esses planetas tiveram tempo para se formar e crescer dentro dos seus discos primordiais, ainda maiores que Júpiter. Mas como? Para responder a esta questão, os astrónomos usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para estudar estrelas na vizinha Pequena Nuvem de Magalhães que, tal como o Universo primitivo, carece de grandes quantidades de elementos pesados. Eles descobriram que não só algumas estrelas têm discos de formação de planetas, mas que esses discos têm vida mais longa do que aqueles observados em torno de estrelas jovens na nossa Galáxia, a Via Láctea.
Esta imagem do Webb mostra NGC 346, um aglomerado estelar massivo na Pequena Nuvem de Magalhães. Círculos amarelos sobrepostos na imagem indicam as posições das dez estrelas pesquisadas no estudo. Crédito da imagem: NASA / ESA / CSA / STScI / Olivia C. Jones, UK ATC / Guido De Marchi, ESTEC / Margaret Meixner, USRA.
“Com Webb, temos uma confirmação realmente forte do que vimos com o Hubble, e devemos repensar a forma como modelamos a formação planetária e a evolução inicial no Universo jovem”, disse o Dr. Guido De Marchi, investigador do Centro Europeu de Investigação Espacial e Centro de Tecnologia.
“No Universo primitivo, as estrelas formavam-se principalmente a partir de hidrogénio e hélio, e muito poucos elementos mais pesados, como carbono e ferro, que surgiram mais tarde através de explosões de supernovas.”
“Os modelos atuais prevêem que, com tão poucos elementos mais pesados, os discos em torno das estrelas têm uma vida útil curta, tão curta que os planetas não podem crescer muito,” disse a Dra. Elena Sabbi, cientista-chefe do Observatório Gemini no NOIRLab da NSF.
“Mas o Hubble viu esses planetas, e daí se os modelos não estivessem corretos e os discos pudessem viver mais tempo?”
Para testar esta ideia, os astrónomos treinaram Webb na Pequena Nuvem de Magalhães, uma galáxia anã que é uma das vizinhas mais próximas da Via Láctea.
Em particular, examinaram o massivo aglomerado de formação estelar NGC 346, que também apresenta uma relativa falta de elementos mais pesados.
O aglomerado serviu como um proxy próximo para estudar ambientes estelares com condições semelhantes no Universo primitivo e distante.
As observações do Hubble da NGC 346 em meados da década de 2000 revelaram muitas estrelas com cerca de 20 a 30 milhões de anos de idade que pareciam ainda ter discos de formação de planetas à sua volta.
Isto ia contra a crença convencional de que tais discos se dissipariam após 2 ou 3 milhões de anos.
“As descobertas do Hubble foram controversas, indo contra não apenas as evidências empíricas da nossa Galáxia, mas também os modelos atuais”, disse o Dr.
“Isto foi intrigante, mas sem uma forma de obter os espectros dessas estrelas, não conseguimos realmente estabelecer se estávamos a testemunhar uma acreção genuína e a presença de discos, ou apenas alguns efeitos artificiais.”
Agora, graças à sensibilidade e resolução de Webb, os cientistas têm os primeiros espectros de formação de estrelas semelhantes ao Sol e dos seus ambientes imediatos numa galáxia próxima.
“Vemos que estas estrelas estão de facto rodeadas por discos e ainda estão em processo de devoração de material, mesmo na idade relativamente antiga de 20 ou 30 milhões de anos,” disse De Marchi.
“Isto também implica que os planetas têm mais tempo para se formar e crescer em torno destas estrelas do que em regiões de formação estelar próximas na nossa própria Galáxia.”
Esta descoberta refuta previsões teóricas anteriores de que quando há muito poucos elementos mais pesados no gás em torno do disco, a estrela explodiria rapidamente o disco.
Portanto, a vida do disco seria muito curta, ainda menos de um milhão de anos.
Mas se um disco não permanecer em torno da estrela o tempo suficiente para que os grãos de poeira se unam e os seixos se formem e se tornem o núcleo de um planeta, como podem os planetas formar-se?
Os investigadores explicaram que poderia haver dois mecanismos distintos, ou mesmo uma combinação, para que os discos de formação planetária persistissem em ambientes escassos em elementos mais pesados.
Primeiro, para poder explodir o disco, a estrela aplica pressão de radiação.
Para que esta pressão fosse eficaz, elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio teriam de residir no gás.
Mas o enorme aglomerado estelar NGC 346 tem apenas cerca de dez por cento dos elementos mais pesados que estão presentes na composição química do nosso Sol.
Talvez simplesmente demore mais para uma estrela neste aglomerado dispersar seu disco.
A segunda possibilidade é que, para uma estrela semelhante ao Sol se formar quando existem poucos elementos mais pesados, ela teria que partir de uma nuvem maior de gás.
Uma nuvem de gás maior produzirá um disco maior. Portanto, há mais massa no disco e, portanto, levaria mais tempo para explodir o disco, mesmo que a pressão de radiação funcionasse da mesma maneira.
“Com mais matéria ao redor das estrelas, o acréscimo dura mais tempo”, disse o Dr. Sabbi.
“Os discos demoram dez vezes mais para desaparecer. Isso tem implicações na forma como você forma um planeta e no tipo de arquitetura de sistema que você pode ter nesses diferentes ambientes. Isso é tão emocionante.”
O estudar foi publicado hoje no Jornal Astrofísico.
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Guido De Marchi e outros. 2024. Discos protoplanetários em torno de estrelas semelhantes ao Sol parecem viver mais quando a metalicidade é baixa. ApJ 977, 214; dois: 10.3847/1538-4357/ad7a63
Este artigo foi adaptado de um lançamento original da Webb Mission Team, Goddard Space Flight Center da NASA.
