A cada segundo no Universo, mais de 3.000 novas estrelas formam-se à medida que nuvens de poeira e gás sofrem colapso gravitacional. Posteriormente, a poeira e o gás restantes assentam num disco giratório que alimenta o crescimento da estrela e eventualmente se acumula para formar planetas – também conhecido como disco protoplanetário. Embora este modelo, conhecido como Hipótese Nebular, seja a teoria mais amplamente aceita, os processos exatos que dão origem às estrelas e aos sistemas planetários ainda não são totalmente compreendidos. Esclarecer esses processos é um dos muitos objetivos do Telescópio Espacial James Webb (JWST).
Em um estudo recenteuma equipe internacional de astrônomos liderada por Universidade do Arizona pesquisadores e apoiados por cientistas do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) usou a óptica infravermelha avançada do JWST para examinar discos protoplanetários em torno de novas estrelas. Estas observações forneceram informações mais detalhadas sobre os fluxos de gás que esculpem e moldam os discos protoplanetários ao longo do tempo. Eles também confirmam o que os cientistas teorizam há muito tempo e oferecem pistas sobre como era o nosso Sistema Solar há cerca de 4,6 mil milhões de anos.
A pesquisa foi liderada por Ilaria Pascucciprofessor de astrofísica e ciências planetárias da Laboratório Lunar e Planetário (LPL) na Universidade do Arizona. Ela foi acompanhada por pesquisadores do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial (STScI), o Observatório de Paris, o Laboratório Nacional de Pesquisa em Astronomia Óptica-Infravermelha (NOIRLab), o Centro Carl Sagan do Instituto SETI, o Instituto Max-Planck de Astronomia e várias universidades. O artigo que descreve suas descobertas apareceu recentemente em Astronomia da Natureza.
Para que as estrelas jovens cresçam, elas devem absorver gás do disco protoplanetário que as rodeia. Para que isso aconteça, o gás deve perder momento angular (inércia); caso contrário, orbitaria consistentemente a estrela e nunca se acumularia nela. No entanto, o mecanismo que permite que isso aconteça continua sendo objeto de debate entre os astrônomos. Nos últimos anos, os ventos de disco acionados magneticamente surgiram como um possível mecanismo. Alimentados principalmente por campos magnéticos, estes “ventos” canalizam fluxos de gás do disco de formação planetária para o espaço a dezenas de quilómetros por segundo.
Isto faz com que perca momento angular, permitindo que o gás restante caia para dentro em direção à estrela. Para o seu estudo, os investigadores selecionaram quatro sistemas de discos protoplanetários que aparecem de lado quando vistos da Terra. Usando Webb Espectrógrafo infravermelho próximo (NIRSpec), a equipe conseguiu rastrear várias camadas de vento ajustando o instrumento para detectar átomos e moléculas distintas em certos estados de transição. A equipe também obteve informações espectrais resolvidas espacialmente em todo o campo de visão usando a Unidade de Campo Integral (IFU) do espectrógrafo.
Isto permitiu à equipa traçar os ventos do disco com detalhes sem precedentes e revelou uma intrincada estrutura tridimensional em camadas: um jato central aninhado dentro de um envelope em forma de cone de ventos a distâncias crescentes. A equipe também notou um buraco central pronunciado dentro dos cones em todos os quatro discos protoplanetários. De acordo com Pascucci, um dos processos mais importantes em ação é como a estrela agrega matéria do disco circundante:
“A forma como uma estrela acumula massa tem uma grande influência na forma como o disco circundante evolui ao longo do tempo, incluindo a forma como os planetas se formam mais tarde. As formas específicas como isto acontece não foram compreendidas, mas pensamos que os ventos impulsionados por campos magnéticos na maior parte da superfície do disco podem desempenhar um papel muito importante.”
No entanto, outros processos também são responsáveis pela formação de discos protoplanetários. Isso inclui o “vento X”, onde o campo magnético da estrela empurra o material para fora na borda interna do disco. Existem também “ventos térmicos”, que sopram a velocidades muito mais lentas e são causados pela intensa luz das estrelas que erode a sua borda exterior. A alta sensibilidade e resolução do JWST foram ideais para distinguir entre o vento impulsionado pelo campo magnético, o vento X e o vento térmico. Estas observações revelaram uma estrutura aninhada dos vários componentes do vento que nunca tinha sido vista antes.
Uma distinção crucial entre os ventos acionados magneticamente e os ventos X é como eles estão localizados mais distantes e cobrem regiões mais amplas. Esses ventos cobrem regiões que correspondem aos planetas rochosos internos do nosso sistema solar, aproximadamente entre a Terra e Marte. Eles também se estendem mais acima do disco do que os ventos térmicos, atingindo centenas de vezes a distância entre a Terra e o Sol. Embora os astrónomos tenham encontrado anteriormente evidências observacionais destes ventos com base em observações interferométricas em comprimentos de onda de rádio, não conseguiram obter imagens detalhadas do disco completo para determinar a morfologia dos ventos.
Em contraste, as novas observações do JWST revelaram uma estrutura e morfologia aninhadas que correspondiam ao que os astrónomos previam para o vento do disco impulsionado magneticamente. Olhando para o futuro, Pascucci e a sua equipa esperam expandir estas observações para mais discos protoplanetários para ver quão comuns são as estruturas de vento do disco observadas e como evoluem.
“As nossas observações sugerem fortemente que obtivemos as primeiras imagens detalhadas dos ventos que podem remover o momento angular e resolver o antigo problema de como as estrelas e os sistemas planetários se formam”, disse ela. “Acreditamos que possam ser comuns, mas com quatro objetos é um pouco difícil dizer. Queremos obter uma amostra maior com o JWST e depois ver se conseguimos detectar mudanças nestes ventos à medida que as estrelas se juntam e os planetas se formam.”
Leitura adicional: MPIA, Astronomia da Natureza
Fonte: InfoMoney
