Esta impressão artística mostra os arredores do buraco negro supermassivo no coração da galáxia ativa NGC 3783, na constelação meridional do Centauro. Novas observações obtidas com o Interferómetro do Very Large Telescope, instalado no Observatório do Paranal do ESO, no Chile, revelaram não só o toro de poeira quente em torno do buraco negro, mas também um vento de material frio nas regiões polares. Crédito: ESO/M. Kornmesser
Quanto tempo os planetas têm para se formar a partir de um disco giratório de gás e poeira em torno de uma estrela? Um novo estudo liderado pela Universidade do Arizona dá aos cientistas uma ideia melhor de como surgiu o nosso próprio sistema solar.
Os cientistas acreditam que sistemas planetários como o nosso sistema solar contêm mais objetos rochosos do que ricos em gás. Em torno do nosso sol, estes incluem os planetas internos – Mercúrio, VênusTerra e Marte – o cinturão de asteróides e os objetos do cinturão de Kuiper, como Plutão.
Júpiter, Saturno, Uranoe Netuno, por outro lado, contêm principalmente gás. Mas os cientistas também sabem há muito tempo que os discos formadores de planetas começam com 100 vezes mais massa de gás do que de sólidos, o que leva a uma questão premente: quando e como é que a maior parte do gás sai de um sistema planetário nascente?
Revelando os segredos do disco planetário
Um novo estudo liderado por Naman Bajaj, do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona, publicado no Jornal Astronômico, fornece respostas. Usando o Telescópio Espacial James Webbou JWST, a equipe obteve imagens desse sistema planetário nascente – também conhecido como disco circunstelar – no processo de dispersão ativa de seu gás no espaço circundante.
“Saber quando o gás se dispersa é importante porque nos dá uma ideia melhor de quanto tempo os planetas gasosos têm para consumir o gás dos seus arredores”, disse Bajaj, estudante do segundo ano de doutorado no Laboratório Lunar e Planetário da UArizona. “Com vislumbres sem precedentes destes discos que rodeiam estrelas jovens, os locais de nascimento dos planetas, o JWST ajuda-nos a descobrir como os planetas se formam.”
Processo de Formação Planetária
Durante os estágios iniciais da formação do sistema planetário, os planetas se aglutinam em um disco giratório de gás e pequena poeira ao redor da jovem estrela, de acordo com Bajaj. Essas partículas se aglomeram, formando pedaços cada vez maiores, chamados planetesimais. Com o tempo, esses planetesimais colidem e se unem, formando eventualmente planetas. O tipo, tamanho e localização dos planetas que se formam dependem da quantidade de material disponível e de quanto tempo permanece no disco.
“Portanto, em resumo, o resultado da formação planetária depende da evolução e dispersão do disco”, disse Bajaj.
No centro desta descoberta está a observação de T Cha, uma estrela jovem – relativa ao Sol, que tem cerca de 4,6 mil milhões de anos – envolvida por um disco circunstelar em erosão notável por uma vasta lacuna de poeira, abrangendo aproximadamente 30 unidades astronómicas, ou au, sendo um au a distância média entre a Terra e o sol.
Bajaj e a sua equipa conseguiram, pela primeira vez, obter imagens do vento do disco, como é chamado o gás quando sai lentamente do disco de formação planetária. Os astrônomos aproveitaram a sensibilidade do telescópio à luz emitida por um átomo quando a radiação de alta energia – por exemplo, na luz das estrelas – retira um ou mais elétrons de seu núcleo. Isso é conhecido como ionização, e a luz emitida no processo pode ser usada como uma espécie de “impressão digital” química – no caso do sistema T Cha, traçando dois gases nobres, o néon e o argônio. As observações também marcam a primeira vez que uma dupla ionização de argônio foi detectada em um disco de formação planetária, escreve a equipe no artigo.
“A assinatura de neon em nossas imagens nos diz que o vento do disco vem de uma região extensa distante do disco”, disse Bajaj. “Estes ventos podem ser impulsionados por fotões de alta energia – essencialmente a luz que flui da estrela – ou pelo campo magnético que atravessa o disco de formação planetária.”
Influências estelares e discos em evolução
Num esforço para diferenciar os dois, o mesmo grupo, desta vez liderado por Andrew Sellek, investigador de pós-doutoramento na Universidade de Leiden, na Holanda, realizou simulações da dispersão impulsionada por fotões estelares, a intensa luz emitida pela jovem estrela. Eles compararam estas simulações com as observações reais e descobriram que a dispersão por fotões estelares de alta energia pode explicar as observações e, portanto, não pode ser excluída como uma possibilidade. Esse estudo concluiu que a quantidade de gás que se dispersa do disco T Cha todos os anos é equivalente à da Lua da Terra. Estes resultados serão publicados num artigo complementar, atualmente em revisão no Astronomical Journal.
Embora assinaturas de néon tenham sido detectadas em muitos outros objetos astronômicos, não se sabia que elas se originavam em discos de formação planetária de baixa massa até descoberto pela primeira vez em 2007 com o antecessor do JWST, NASAdo Telescópio Espacial Spitzer, de Ilaria Pascucci, professora da LPL que logo os identificou como rastreadores de ventos de disco. Essas primeiras descobertas transformaram os esforços de pesquisa focados na compreensão da dispersão de gás dos discos circunstelares. Pascucci é o investigador principal do projeto de observação mais recente e coautor das publicações aqui relatadas.
“Nossa descoberta da emissão de néon espacialmente resolvida – e a primeira detecção de argônio duplo ionizado – usando o Telescópio Espacial James Webb pode se tornar o próximo passo para transformar nossa compreensão de como o gás sai de um disco de formação planetária”, disse Pascucci. “Esses insights nos ajudarão a ter uma ideia melhor da história e do impacto em nosso próprio sistema solar.”
Além disso, o grupo também descobriu que o disco interno de T Cha está evoluindo em escalas de tempo muito curtas, de décadas; eles descobriram que o espectro observado pelo JWST difere do espectro anterior detectado pelo Spitzer. De acordo com Chengyan Xie, estudante de doutorado do segundo ano da LPL que lidera este trabalho em andamento, essa incompatibilidade pode ser explicada por um disco pequeno e assimétrico dentro de T Cha que perdeu parte de sua massa nos curtos 17 anos que se seguiram. decorrido entre as duas observações.
“Juntamente com outros estudos, isto também sugere que o disco de T Cha está no final da sua evolução”, disse Xie. “Poderemos testemunhar a dispersão de toda a massa de poeira no disco interno de T Cha durante a nossa vida.”
Para mais informações sobre esta pesquisa, consulte Ventos Galácticos de Mudança Capturados pelo Telescópio Espacial Webb.
Referência: “Observações JWST MIRI MRS de T Cha: descoberta de um vento de disco espacialmente resolvido” por Naman S. Bajaj, Ilaria Pascucci, Uma Gorti, Richard Alexander, Andrew Sellek, Jane Morrison, Andras Gaspar, Cathie Clarke, Chengyan Xie, Giulia Ballabio e Dingshan Deng, 4 de março de 2024, O Jornal Astronômico.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad22e1
Os co-autores das publicações incluem Uma Gorti do SETI Institute, Richard Alexander da Universidade de Leicester, Jane Morrison e Andras Gaspar do Steward Observatory da UArizona, Cathie Clarke da Universidade de Cambridge, Giulia Ballabio com Colégio Imperial de Londrese Dingshan Deng com o Laboratório Lunar e Planetário.
