CIÊNCIA // ASTRONOMIA // WEBB
Cientistas que utilizam o Telescópio Espacial James Webb da NASA acabaram de fazer uma descoberta revolucionária ao revelarem como os planetas são feitos.
Ao observar vapor de água em discos protoplanetários, o Webb confirmou um processo físico que envolve a deriva de sólidos revestidos de gelo das regiões exteriores do disco para a zona dos planetas rochosos.
Esta impressão artística compara dois tipos de discos típicos de formação planetária em torno de estrelas recém-nascidas semelhantes ao Sol. À esquerda está um disco compacto e à direita um disco alargado com lacunas. Os cientistas que utilizam o Webb estudaram recentemente quatro discos protoplanetários – dois compactos e dois alargados. Os investigadores conceberam as suas observações para testar se os discos compactos de formação de planetas têm mais água nas suas regiões interiores do que os discos alargados de formação de planetas com lacunas. Isto aconteceria se os seixos cobertos de gelo nos discos compactos se deslocassem mais eficientemente para as regiões mais próximas da estrela e levassem grandes quantidades de sólidos e água para os planetas interiores rochosos em formação. A investigação actual propõe que os planetas grandes podem causar anéis de pressão acrescida, onde os seixos tendem a acumular-se. À medida que os seixos se deslocam, sempre que encontram um aumento de pressão, tendem a acumular-se aí. Estas armadilhas de pressão não bloqueiam necessariamente a deriva dos seixos, mas são um impedimento. É isto que parece estar a acontecer nos grandes discos com anéis e fendas. Este também pode ter sido um papel de Júpiter no nosso Sistema Solar – inibindo o fornecimento de seixos e água aos nossos pequenos planetas rochosos, interiores e relativamente pobres em água.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Há muito que as teorias propõem que os seixos gelados que se formam nas regiões frias e exteriores dos discos protoplanetários – a mesma zona de origem dos cometas no nosso Sistema Solar – devem ser as “sementes” fundamentais da formação dos planetas.
O principal requisito destas teorias é que os seixos se desloquem para dentro em direcção à estrela devido à fricção no disco gasoso, fornecendo sólidos e água aos planetas.
Uma previsão fundamental desta teoria é que à medida que os seixos gelados entram na região mais quente dentro da “linha de neve” – onde o gelo transita para vapor – devem libertar grandes quantidades de vapor de água frio. Foi exactamente isto que o Webb observou.
“O Webb revelou finalmente a ligação entre o vapor de água no disco interior e a deriva de seixos gelados do disco exterior”, disse o investigador principal Andrea Banzatti da Universidade Estatal do Texas em San Marcos. “Esta descoberta abre perspectivas excitantes para o estudo da formação de planetas rochosos com o Webb!”
“No passado, tínhamos esta imagem muito estática da formação planetária, quase como se existissem zonas isoladas a partir das quais os planetas se formavam”, explicou Colette Salyk, membro da equipa, de Vassar College em Poughkeepsie, estado norte-americano de Nova Iorque. “Agora temos evidências de que estas zonas podem interagir umas com as outras. É também algo que se propõe que tenha acontecido no nosso Sistema Solar”.
Aproveitando o poder do Webb
Os investigadores usaram o MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb para estudar quatro discos – dois compactos e dois alargados – em torno de estrelas semelhantes ao Sol. Estima-se que todas estas quatro estrelas tenham entre 2 e 3 milhões de anos, ou seja, meramente recém-nascidas da perspectiva do tempo cósmico.
Espera-se que os dois discos compactos tenham uma deriva eficiente de seixos, levando-os a uma distância equivalente à órbita de Neptuno. Em contraste, espera-se que os discos estendidos tenham os seus seixos retidos em múltiplos anéis até seis vezes a órbita de Neptuno.
As observações do Webb foram concebidas para determinar se os discos compactos têm uma maior abundância de água na sua região interior de planetas rochosos, como seria de esperar se a deriva de seixos fosse mais eficiente e estivesse a levar muita massa sólida e água para os planetas interiores. A equipa escolheu usar o MRS (Medium-Resolution Spectrometer) do MIRI porque é sensível ao vapor de água nos discos.
Os resultados confirmaram as expectativas, revelando um excesso de água fria nos discos compactos, em comparação com os discos grandes.
Espectro de Emissão – Abundância da Água: este gráfico compara os dados espectrais da água quente e fria no disco de GK Tau, que é um disco compacto sem anéis, e no disco alargado de CI Tau, que tem pelo menos três anéis em órbitas diferentes. A equipa científica utilizou o poder de resolução sem precedentes do MRS (Medium-Resolution Spectrometer) do instrumento MIRI do JWST para separar os espectros em linhas individuais que sondam a água a diferentes temperaturas. Estes espectros, vistos no gráfico de cima, revelam claramente o excesso de água fria no disco compacto de GK Tau, em comparação com o grande disco de CI Tau. O gráfico inferior mostra o excesso de dados de água fria no disco compacto de GK Tau menos os dados de água fria no disco alargado de CI Tau. Os dados actuais, a roxo, estão sobrepostos a um modelo do espectro de água fria. Repare-se na semelhança entre eles.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STSCI)
À medida que os seixos se deslocam, sempre que encontram uma saliência de pressão – um aumento de pressão – tendem a acumular-se aí. Estas armadilhas de pressão não bloqueiam necessariamente a deriva dos seixos, mas são um impedimento. Isto é o que parece estar a acontecer nos grandes discos com anéis e lacunas.
A investigação actual propõe que os grandes planetas podem provocar anéis de pressão acrescida, onde os seixos tendem a acumular-se. Este também pode ter sido um papel de Júpiter no nosso Sistema Solar – inibindo o fornecimento dos seixos e de água aos nossos pequenos planetas rochosos, interiores e relativamente pobres em água.
Resolvendo o enigma
Quando os dados foram recebidos pela primeira vez, os resultados foram intrigantes para a equipa de investigação. “Durante dois meses, ficámos presos a estes resultados preliminares que nos diziam que os discos compactos tinham água mais fria e os discos grandes tinham água mais quente”, recordou Banzatti. “Isto não fazia sentido, porque tínhamos seleccionado uma amostra de estrelas com temperaturas muito semelhantes.”
Só quando Banzatti sobrepôs os dados dos discos compactos aos dados dos discos grandes é que a resposta surgiu claramente: os discos compactos têm água fria extra mesmo no início interior da linha de neve, a uma distância cerca de dez vezes superior à da órbita de Neptuno.
“Agora vemos finalmente, sem ambiguidade, que é a água mais fria que está em excesso”, disse Banzatti. “Isto não tem precedentes e deve-se inteiramente ao maior poder de resolução do Webb!”
Este gráfico é uma interpretação dos dados do MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb, que é sensível ao vapor de água nos discos. Mostra a diferença entre a deriva dos seixos e o conteúdo de água num disco compacto e num disco alargado com anéis e lacunas. No disco compacto à esquerda, à medida que os seixos cobertos de gelo se deslocam para dentro, em direcção à região mais quente, mais próxima da estrela, não são impedidos. Quando atravessam a linha de neve, o seu gelo transforma-se em vapor e fornece uma grande quantidade de água para enriquecer os planetas interiores, rochosos e em formação. À direita está um disco estendido com anéis e lacunas. Quando os seixos cobertos de gelo iniciam a sua viagem para o interior, muitos ficam parados nas fendas e presos nos anéis. Menos seixos gelados conseguem atravessar a linha de neve para fornecer água à região interior do disco.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Os resultados da equipa aparecem na edição de 8 de Novembro da revista The Astrophysical Journal Letters.
// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Universidade Estatal do Texas (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)
CCVALG
10 de Novembro de 2023
Ex-Combatente da Guerra do Ultramar, Web-designer,
Investigator, Astronomer and Digital Content Creator
published in: 3 semanas ago
