Webb da NASA redefine linha divisória entre planetas e estrelas

Os planetas, como os do nosso sistema solar, formam-se num processo ascendente, onde pequenos pedaços de rocha e gelo se aglomeram e crescem com o tempo. Mas quanto mais pesado for o planeta, mais difícil será explicar a sua formação dessa forma.

Os astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA para examinar 29 Cygni b, um objeto cerca de 15 vezes mais massivo que Júpiter orbitando uma estrela próxima. Eles encontraram múltiplas linhas de evidência de que 29 Cygni b realmente se formou a partir deste processo ascendente, trazendo novos insights sobre como os planetas mais pesados ​​surgiram. Um artigo descrevendo essas descobertas publicado terça-feira em As cartas do jornal astrofísico.

O processo de formação planetária é amplamente entendido como ocorrendo dentro de discos gigantescos de gás e poeira ao redor das estrelas através de um processo chamado acreção. A poeira se aglomera em seixos, que colidem e ficam cada vez maiores, formando protoplanetas e, eventualmente, planetas. Os maiores coletam gás para se tornarem gigantes como Júpiter. Como a formação de gigantes gasosos leva mais tempo e o disco de material formador de planetas eventualmente evapora e desaparece, os sistemas planetários acabam com muito mais planetas pequenos do que planetas grandes.

Em contraste, as estrelas formam-se quando uma vasta nuvem de gás se fragmenta e cada pedaço colapsa sob a sua própria gravidade, tornando-se mais pequeno e mais denso. Um processo de fragmentação semelhante poderia, teoricamente, ocorrer também nos discos protoplanetários. Isso poderia explicar por que alguns objetos muito massivos são encontrados a bilhões de quilômetros de suas estrelas hospedeiras, em regiões onde o disco protoplanetário deveria ser muito tênue para ocorrer acreção.

29 Cygni b situa-se na linha divisória entre o que pode ser explicado por estes dois mecanismos diferentes. Pesa 15 vezes mais que Júpiter e orbita a sua estrela a uma distância média de 2,4 mil milhões de quilómetros, aproximadamente a mesma que Urano no nosso sistema solar. A equipe de pesquisa o direcionou porque poderia resultar potencialmente de qualquer um dos processos.

“Em modelos de computador, é muito fácil que a fragmentação num disco chegue a massas muito superiores a 29 Cygni b. Esta é a massa mais baixa que se poderia obter plausivelmente. Mas, ao mesmo tempo, é praticamente a massa mais alta que se poderia obter a partir da acreção,” disse o principal autor do estudo, William Balmer, da Universidade Johns Hopkins e do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, ambos em Baltimore.

Balmer programa de observação usou a NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb em seu modo coronográfico para obter imagens diretas de 29 Cygni b. Este planeta foi o primeiro de quatro objetos visados ​​pelo programa, todos eles pesando entre 1 e 15 vezes mais que Júpiter. A equipa também exigiu que os seus alvos orbitassem a cerca de 15 mil milhões de quilómetros das suas estrelas.

Os planetas eram todos jovens e ainda quentes desde a sua formação, variando em temperatura de cerca de 1.000 a 1.900 graus Fahrenheit (530 a 1.000 graus Celsius). Isto garantiria que a sua química atmosférica fosse semelhante à dos planetas de HR 8799, cujo sistema Balmer estudado anteriormente.

Ao escolher filtros apropriados, a equipe conseguiu procurar sinais de absorção de luz pelo dióxido de carbono (CO₂) e monóxido de carbono (CO), o que lhes permitiu determinar a quantidade desses elementos químicos mais pesados, que os astrônomos chamam coletivamente de metais.

Eles encontraram fortes evidências de que 29 Cygni b é enriquecido em metais em relação à sua estrela hospedeira, que é semelhante ao nosso Sol na sua composição. Dada a massa do planeta, a quantidade de elementos pesados ​​que contém equivale a cerca de 150 Terras. Isto sugere que acumulou grandes quantidades de sólidos enriquecidos com metal de um disco protoplanetário.

A equipe também usou um conjunto de telescópios ópticos terrestres chamado CHARA (Centro de Astronomia de Alta Resolução Angular) para determinar se a órbita do planeta está alinhada com a rotação da estrela. Eles confirmaram esse alinhamento, que seria esperado para um objeto formado a partir de um disco protoplanetário.

“Conseguimos atualizar a órbita do planeta e também observar a estrela hospedeira para determinar a sua orientação em relação a essa órbita”, disse Ash Messier, co-autor e estudante de pós-graduação na Universidade Johns Hopkins. “Mostramos que a inclinação do planeta está bem alinhada com o eixo de rotação da estrela, o que é semelhante ao que vemos nos planetas do nosso sistema solar.”

“Juntas, estas evidências sugerem fortemente que 29 Cygni b se formou dentro de um disco protoplanetário através da rápida acreção de material rico em metal, e não através da fragmentação de gás”, disse Balmer. “Em outras palavras, formou-se como um planeta e não como uma estrela.”

À medida que a equipa recolhe dados sobre os outros três alvos do seu programa, planeia procurar evidências de diferenças de composição entre os planetas de massa inferior e de massa superior. Isto deve fornecer informações adicionais sobre seus mecanismos de formação.

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).

Para saber mais sobre Webb, visite:

https://science.nasa.gov/webb

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