Astrônomos estão buscando por planetas em processo de formação ao redor de estrelas jovens utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST). Este potente telescópio espacial trouxe resultados rapidamente, embora de uma maneira inesperada.
Esses planetas em formação surgem em aglomerados rotativos de gás e poeira chamados discos protoplanetários, aumentando de massa à medida que se desenvolvem. Embora a humanidade tenha observado muitos desses discos protoplanetários, os astrônomos avistaram os planetas em formação dentro deles apenas algumas vezes até agora.
Recentemente, uma equipe liderada por cientistas das Universidades de Michigan, Arizona e Victoria acrescentou a sensibilidade dos instrumentos infravermelhos do JWST a essa busca. Eles utilizaram este amplo escopo para observar os discos protoplanetários HL Tau, SAO 206462 e MWC 758, complementando dados coletados pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Atacama Large Millimeter Array (ALMA), na esperança de detectar um planeta em formação.
Essa pesquisa também revelou interações anteriormente não observadas entre discos protoplanetários e os envelopes de gás mais próximos das estrelas que residem no centro desses discos.
“Basicamente, em todos os discos que observamos com resolução e sensibilidade suficientes, vimos grandes estruturas como lacunas, anéis e, no caso de SAO 206462, espirais”, afirmou Gabriele Cugno, membro da equipe e astrônomo da Universidade de Michigan. “A maioria dessas estruturas pode ser explicada por planetas em formação interagindo com o material do disco, mas existem outras explicações que não envolvem a presença de gigantes gasosos.”
Cugno liderou uma investigação do JWST no disco protoplanetário em torno da protostar SAO 206462. Uma protostar é um corpo estelar que ainda não acumulou massa suficiente para iniciar a fusão de hidrogênio em hélio em seu núcleo, o processo que define uma estrela da sequência principal, como o Sol.
No disco protoplanetário ao redor de SAO 206462, a equipe detectou os sinais de um planeta em formação, mas com uma reviravolta: não era o planeta que esperavam encontrar.
“Várias simulações sugerem que o planeta deveria estar dentro do disco, massivo, grande, quente e brilhante. Mas não o encontramos. Isso significa que ou o planeta é muito mais frio do que pensamos, ou pode estar obscurecido por algum material que nos impede de vê-lo”, explicou Cugno. “O que encontramos é um candidato a planeta diferente, mas não podemos afirmar com 100% de certeza se é um planeta ou uma estrela ou galáxia de fundo tênue contaminando nossa imagem.”
Esta não é a primeira vez que o disco de SAO 206462 foi trazido para foco. Observações anteriores com o Hubble, Alma e o Very Large Telescope (VLT) revelaram que este disco protoplanetário é composto por dois espirais pronunciados.
Esses espirais provavelmente estão sendo moldados por um planeta em formação. Antes de procurar por este planeta com o JWST, no entanto, os cientistas esperavam encontrar um gigante gasoso, predominantemente feito de hélio, como Saturno ou Júpiter.
“A dificuldade é que qualquer coisa que estejamos tentando detectar é centenas de milhares, se não milhões de vezes mais fraca do que a estrela”, comentou Cugno. “É como tentar detectar uma pequena lâmpada ao lado de um farol.”
A Câmera de Infravermelho Próximo (NIRCam) do JWST permitiu que Cugno e seus colegas investigassem mais profundamente o disco de SAO 206462 e detectassem a energia térmica do planeta em formação, parte da qual é liberada à medida que o material cai sobre ele em alta velocidade.
“Quando o material cai no planeta, ele se choca na superfície e emite uma linha de emissão em comprimentos de onda específicos”, disse Cugno. “Usamos um conjunto de filtros de banda estreita para tentar detectar essa acreção. Isso já foi feito antes em comprimentos de onda ópticos, mas esta é a primeira vez que é feito no infravermelho com o JWST.”
Essas observações indicaram a presença de um planeta separado da protostar central por cerca de 300 vezes a distância entre a Terra e o Sol. No entanto, gigantes gasosos geralmente se formam muito mais perto de suas estrelas, com alguns migrando para longe após o desaparecimento do disco protoplanetário.
Os resultados da NIRCam descartaram a possibilidade de um objeto no disco com uma massa superior a 2,2 vezes a massa de Júpiter, levando Cugno e seus colegas a concluir que, se houver um gigante gasoso esculpindo os espirais do disco protoplanetário de SAO 206462, ele deve ser muito frio.
Enquanto Cugno e seus colegas examinavam o disco ao redor de SAO 206462, a pesquisadora da Universidade de Victoria, Camryn Mullin, utilizou o JWST para estudar a estrela HL Tauri (HL Tau). Esta é uma estrela jovem localizada a cerca de 450 anos-luz da Terra, que também foi alvo de estudo de vários telescópios.
Com uma idade estimada de não mais de 1 milhão de anos (em comparação com os 4,6 bilhões de anos do nosso Sol), HL Tau é a estrela mais jovem na investigação do disco protoplanetário do JWST.
“HL Tau é o sistema mais jovem em nossa pesquisa e ainda está cercado por um denso fluxo de poeira e gás caindo no disco”, disse Mullin. “Ficamos surpresos com o nível de detalhe com que conseguimos ver esse material circundante com o JWST, mas, infelizmente, isso obscurece qualquer sinal de planetas potenciais.”
O disco de HL Tau é bem conhecido por apresentar uma série de lacunas e anéis do tamanho do sistema solar que poderiam abrigar planetas. No entanto, devido à quantidade de poeira no disco e à sua juventude, mesmo o JWST dificilmente conseguirá detectar planetas ao redor de HL Tau diretamente.
A equipe conseguiu distinguir uma característica chamada envelope proto-estelar com o JWST. Isso representa o denso fluxo de poeira e gás que está começando a se coalescer ao redor de HL Tau. Este material bruto está fluindo para a estrela e seu disco a partir do meio interestelar, composto por gás e poeira que existem entre as estrelas, e eventualmente servirá como matéria-prima para o nascimento de planetas.
Kevin Wagner, bolsista da NASA Hubble/Sagan no Observatório Steward da Universidade do Arizona, examinou o disco protoplanetário de MWC 758 com o JWST. Este é outro disco protoplanetário com braços espirais que poderiam indicar a presença de um planeta massivo.
Este possível planeta e quaisquer outros não foram detectados no estudo da equipe, mas a sensibilidade e o poder do JWST permitiram que eles impusessem limites a quaisquer planetas em formação potenciais dentro deste disco protoplanetário. Isso incluiu descartar a possibilidade de que haja planetas nas bordas do disco, longe da estrela MWC 758.
“A falta de planetas detectados em todos os três sistemas nos diz que os planetas causando as lacunas e os braços espirais estão ou muito perto de suas estrelas hospedeiras ou muito fracos para serem vistos com o JWST”, disse Wagner. “Se a última opção for verdadeira, isso nos diz que eles têm uma massa relativamente baixa, baixa temperatura, envolvidos em poeira ou alguma combinação dos três – como é provavelmente o caso em MWC 758.”
Investigações como essas sobre a formação de planetas ao redor de estrelas jovens são vitais para entender como os materiais são distribuídos nos sistemas jovens e como agrupamentos maduros, como o sistema solar, se formaram, disseram os pesquisadores.
“Apenas cerca de 15% das estrelas como o Sol têm planetas como Júpiter. É realmente importante entender como eles se formam e evoluem e refinar nossas teorias”, disse Michael Meyer, membro da equipe e astrônomo da Universidade de Michigan. “Alguns astrônomos pensam que esses planetas gigantes gasosos regulam a entrega de água para os planetas rochosos em formação nas partes internas dos discos.”
Portanto, esta investigação pode ser crucial para entender como a Terra se formou e como ela se tornou capaz de sustentar a vida.
