Os sistemas planetários levam milhões de anos para se formar, o que representa um grande desafio para os astrônomos. Como você identifica em qual estágio eles estão, ou categorizá-los? A melhor abordagem é olhar para muitos exemplos e continuar adicionando aos dados que temos - e o próximo James Webb Space Telescope da NASA será capaz de fornecer um inventário infravermelho. Pesquisadores usando Webb observarão 17 sistemas planetários em formação ativa. Esses sistemas específicos foram previamente pesquisados ​​pelo Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), o maior radiotelescópio do mundo, para o Projeto de Subestruturas de Disco em Alta Resolução Angular (DSHARP).

Webb medirá espectros que podem revelar moléculas nas regiões internas desses discos protoplanetários, complementando os detalhes que o ALMA forneceu sobre as regiões externas dos discos. Essas regiões internas são rochosas, Planetas semelhantes à Terra podem começar a se formar, que é uma das razões pelas quais queremos saber mais sobre quais moléculas existem lá.

Uma equipe de pesquisa liderada por Colette Salyk do Vassar College em Poughkeepsie, Nova york, e Klaus Pontoppidan do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, procure os detalhes encontrados na luz infravermelha. "Depois de mudar para luz infravermelha, especificamente para o alcance de Webb em luz infravermelha média, seremos sensíveis às moléculas mais abundantes que carregam elementos comuns, "explicou Pontoppidan.

Os pesquisadores serão capazes de avaliar as quantidades de água, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, e amônia - entre muitas outras moléculas - em cada disco. Criticamente, eles serão capazes de contar as moléculas que contêm elementos essenciais à vida como a conhecemos, incluindo oxigênio, carbono, e nitrogênio. Como? Com espectroscopia:Webb irá capturar toda a luz emitida no centro de cada disco protoplanetário como um espectro, que produz um padrão detalhado de cores com base nos comprimentos de onda da luz emitida. Uma vez que cada molécula imprime um padrão único no espectro, os pesquisadores podem identificar quais moléculas estão lá e construir inventários do conteúdo de cada disco protoplanetário. A força desses padrões também carrega informações sobre a temperatura e a quantidade de cada molécula.

"Os dados de Webb também nos ajudarão a identificar onde as moléculas estão dentro do sistema geral, "Salyk disse." Se eles estão quentes, isso implica que eles estão mais perto da estrela. Se eles são mais legais, eles podem estar mais distantes. ”Esta informação espacial ajudará a informar os modelos que os cientistas constroem à medida que continuam examinando os dados deste programa.

Saber o que está nas regiões internas dos discos também traz outros benefícios. Tem água, por exemplo, chegou a esta área, onde planetas habitáveis ​​podem estar se formando? "Uma das coisas que são realmente incríveis sobre os planetas - mude a química um pouco e você poderá obter esses mundos dramaticamente diferentes, "Salyk continuou." É por isso que estamos interessados ​​na química. Estamos tentando descobrir como os materiais inicialmente encontrados em um sistema podem terminar como diferentes tipos de planetas. "

Se isso soa como um empreendimento significativo, não se preocupe - será um esforço da comunidade. Este é um Programa de Tesouro Webb, o que significa que os dados são divulgados assim que são levados a todos os astrônomos, permitindo que todos extraiam os dados imediatamente, comece a avaliar o que está em cada disco, e compartilhar suas descobertas.

"Os dados infravermelhos de Webb serão estudados intensamente, "acrescentou o co-investigador Ke Zhang, da Universidade de Wisconsin-Madison." Queremos que toda a comunidade de pesquisa seja capaz de abordar os dados de diferentes ângulos. "

Por que o exame de perto?

Vamos voltar, para ver a floresta por causa das árvores. Imagine que você está em um barco de pesquisa na costa de um terreno distante. Esta é a visão mais ampla. Se você fosse pousar e desembarcar, você poderia começar a contar quantas árvores existem e quantas de cada espécie de árvore. Você poderia começar a identificar insetos e pássaros específicos e comparar os sons que ouviu no mar com os chamados que ouve sob as copas das árvores. Essa catalogação detalhada é muito semelhante ao que Webb capacitará os pesquisadores a fazer - mas trocar árvores e animais por elementos químicos.

Os discos protoplanetários neste programa são muito brilhantes e relativamente próximos da Terra, tornando-os alvos excelentes para estudar. É por isso que foram pesquisados ​​pelo ALMA. É também por isso que os pesquisadores os estudaram com o Telescópio Espacial Spitzer da NASA. Esses objetos só foram estudados em profundidade desde 2003, tornando este um campo de pesquisa relativamente mais novo. Há muito que Webb pode acrescentar ao que sabemos.

O instrumento infravermelho médio do telescópio (MIRI) oferece muitas vantagens. A localização de Webb no espaço significa que ele pode capturar toda a gama de luz do infravermelho médio (a atmosfera da Terra a filtra). Mais, seus dados terão alta resolução, que revelará muito mais linhas e oscilações nos espectros que os pesquisadores podem usar para descobrir moléculas específicas.

Os pesquisadores também foram seletivos sobre os tipos de estrelas escolhidas para essas observações. Esta amostra inclui estrelas que têm cerca de metade da massa do Sol a cerca de duas vezes a massa do Sol. Porque? O objetivo é ajudar os pesquisadores a aprender mais sobre os sistemas que podem ser semelhantes ao nosso quando se formaram. "Com esta amostra, podemos começar a determinar se há alguma característica comum entre as propriedades dos discos e sua química interna, "Zhang continuou." Eventualmente, queremos ser capazes de prever quais tipos de sistemas são mais propensos a gerar planetas habitáveis. "

Começando a responder a grandes questões

Este programa também pode ajudar os pesquisadores a começar a responder a algumas perguntas clássicas:São as formas assumidas por alguns dos elementos mais abundantes encontrados em discos protoplanetários, como carbono, azoto, e oxigênio, "herdado" das nuvens interestelares que os formaram? Ou a mistura precisa de produtos químicos muda com o tempo? "Achamos que podemos obter algumas dessas respostas fazendo inventários com Webb, Pontoppidan explicou. "Obviamente, é uma quantidade enorme de trabalho a ser feito - e não pode ser feito apenas com esses dados - mas acho que vamos fazer alguns progressos importantes."

Pensando ainda mais amplamente sobre os espectros incrivelmente ricos que Webb fornecerá, Salyk acrescentou, "Espero que vejamos coisas que nos surpreendam e então comecemos a estudar essas descobertas fortuitas."

Esta pesquisa será conduzida como parte dos programas Webb General Observer (GO), que são selecionados competitivamente usando um sistema de revisão anônimo duplo, o mesmo sistema que é usado para alocar tempo no Telescópio Espacial Hubble.