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Webb da NASA oferece curso intensivo sobre colisões que destroem o planeta
No início da história do nosso sistema solar, os cientistas teorizam que um objeto do tamanho de Marte chamado Theia colidiu com a Terra nascente, vaporizando enormes quantidades de rocha e lançando-as para o espaço. Parte desse material se fundiu na Lua, para onde o programa Artemis da NASA está devolvendo humanos, preparando-se para Marte e moldando o futuro da exploração espacial.
Essa colisão violenta e antiga remodelou o nosso planeta natal. Os astrónomos usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA para examinar uma classe de sistemas estelares jovens que mostram sinais de convulsões semelhantes, fornecendo pistas sobre a quantidade de energia nas suas colisões. Os resultados oferecem insights sobre a composição e evolução desses sistemas caóticos.
As descobertas da equipe foram publicadas quinta-feira em O Jornal Astrofísico.
Os tipos de colisões dentro de sistemas estelares jovens, conhecidos como discos de detritos extremos, são relevantes para a compreensão dos cientistas do nosso próprio sistema solar, que se pensa ter sofrido eventos de impacto semelhantes que criaram a nossa Lua e moldaram o estado inicial da Terra.
Obra: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
O ambiente que rodeia uma estrela muda à medida que ela envelhece, começando com uma disco protoplanetário juvenil rico em gás onde formando planetas pode residir, antes de evoluir para um disco de detritos pobre em gás. Durante a vida da sua missão, os aposentados da NASA Telescópio Espacial Spitzer examinou o estágio do disco de detritos e descobriu uma subclasse denominada discos de detritos extremos. Estes sistemas abrigam quantidades invulgarmente grandes de poeira quente perto da estrela, na região comparável à órbita dos planetas rochosos no nosso sistema solar. Uma equipe de astrônomos liderada por Kate Su, do Instituto de Ciências Espaciais em Boulder, Colorado, investigou esses objetos intrigantes com Webb.
Contrariamente às previsões teóricas, que sugerem que deveríamos observar muitos discos de detritos extremos, as observações indicam que estes ambientes são raros. Os cientistas estimam que cerca de 1% das estrelas jovens apresentam assinaturas observáveis desta fase com base nos dados recolhidos até agora, incluindo possivelmente o nosso próprio sistema solar durante a sua formação. Apesar da sua raridade, a equipa conseguiu compilar uma amostra de 21 discos de detritos extremos, incluindo cinco dos dados de arquivo do Spitzer e 16 do Webb, com 12 discos recentemente observados e observações de acompanhamento em quatro dos discos do Spitzer.
“Esta é a primeira vez que reunimos sistemas suficientes para compreender verdadeiramente esta subclasse que chamamos de discos de detritos extremos”, disse Su, principal autor do artigo. “Antes do Webb, tínhamos informações limitadas. Sabíamos que eles eram estranhos e muito diferentes dos típicos discos de detritos frios que conhecemos, como Vega e Fomalhaut. Agora que temos mais dados, podemos determinar o que estes discos representam para a formação e evolução dos planetas.”
A equipe confirmou que os discos de detritos extremos compartilham três propriedades principais: grãos de poeira menores do que aqueles em discos de detritos protoplanetários ou clássicos, uma alta concentração de poeira quente e variações irregulares de brilho, todas reveladas pelo infravermelho médio. espectros de Webb e Spitzer.
Para determinar o fator determinante dessas qualidades, a equipe estudou a composição mineralógica dos discos. Eles descobriram que sua amostra poderia ser categorizada em discos ricos e pobres em sílica. O vidro vulcânico, como a obsidiana, é um exemplo de material rico em sílica encontrado na Terra, enquanto o mineral pobre em sílica, forsterita, aparece como grãos de areia verde em algumas praias do Havaí. A categoria de um disco de detritos extremos transmite informações sobre o tipo de colisões que produzem os detritos de impacto e pode ajudar a explicar sua variabilidade no brilho infravermelho.
“Ver a sua emissão no infravermelho médio e as belas características espectrais com o Webb, que nos permitiu identificar as suas composições, foi a coisa mais emocionante para mim,” disse Agnes Kospal do Observatório Konkoly em Budapeste, Hungria, e co-autora do estudo. “Não temos outra forma de estudar diretamente estes embriões planetários porque são demasiado pequenos.”
Da sua amostra, cerca de um terço é rica em sílica, sugerindo que estes discos são produzidos por impactos de alta energia entre corpos do tamanho de Marte, onde uma porção significativa do material é vaporizada. Os restantes dois terços da sua amostra são pobres em sílica, indicando que as colisões estão a ocorrer em escalas mais pequenas, como pastagens, entre objetos do tamanho da Lua. Discos ricos em sílica são encontrados apenas em torno de estrelas com menos de 300 milhões de anos, enquanto discos pobres em sílica persistem ao longo de uma ampla faixa de idades e frequentemente apresentam maior variabilidade de brilho. A equipa propõe que esta variabilidade é impulsionada pela rápida evolução de detritos recentes através de mudanças orbitais e impactos adicionais.
Suas descobertas podem ser aplicadas ao nosso próprio sistema solar, que pode ter passado por mais de uma fase extrema do disco de detritos.
“A forma como os planetas rochosos se formaram e os planetas gigantes evoluíram fazem parte da história mais ampla da formação do sistema solar. É tudo uma só história,” disse Su. “Nosso trabalho em discos de detritos extremos nos ajuda a reunir o panorama geral do que entendemos atualmente.”
Ao investigar as composições de discos de detritos extremos, os cientistas inferiram que os discos ricos em sílica são produzidos por impactos de alta energia de objetos do tamanho de Marte, enquanto os discos pobres em sílica são criados por eventos menos energéticos de corpos do tamanho da Lua.
Ilustração: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Simulações sugerem que planetas terrestres, como a Terra, deveriam se formar nas primeiras centenas de milhões de anos após a formação de um sistema solar. Este período se ajusta às idades dos discos de detritos extremos ricos em sílica observados até agora e se alinha com a estimativa de que a Terra e a Lua se formaram cerca de 100 milhões de anos após a formação do Sol, com a Lua provavelmente sendo o resultado de uma colisão entre a Terra e um objeto do tamanho de Marte.
Quanto a saber se o nosso Sol passou por uma fase de disco extrema pobre em sílica, se os discos mais antigos pobres em sílica e os seus intervalos aleatórios de brilho infravermelho reflectem instabilidade orbital, isto seria amplamente consistente com a Hipótese de bombardeio pesado tardio para o nosso sistema solar. Nesse cenário, os planetas gigantes gasosos migraram distâncias significativas, perturbando gravitacionalmente as órbitas de corpos mais pequenos e desencadeando colisões catastróficas que geraram as fases de vida curta e ricas em poeira observadas em discos de detritos extremos.
“É claro que ainda não sabemos muitas coisas sobre estes discos”, disse Attila Moor, do Observatório Konkoly, co-autor do estudo. “Não esperamos nenhum sistema rico em sílica entre os discos de detritos extremos mais antigos. Temos apenas três discos na nossa amostra que se enquadram nesses critérios de idade, por isso será bom observar mais destes sistemas para confirmar a nossa hipótese.”
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
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