Astrônomos conduzem a primeira busca por planetas em formação com o Telescópio Espacial James Webb
Dois braços espirais emergem do disco rico em gás em torno de SAO 206462, uma jovem estrela na constelação de Lupus. Esta imagem, obtida pelo Telescópio Subaru e pelo seu instrumento HiCIAO, é a primeira a mostrar braços espirais num disco circunstelar. A imagem traça a luz emitida pela estrela e espalhada na superfície do disco. O disco em si tem cerca de 22 mil milhões de quilómetros de diâmetro, ou cerca de duas vezes o tamanho da órbita de Plutão no nosso sistema solar. Crédito:NAOJ/Subaru Os planetas se formam em discos de poeira e gás chamados discos protoplanetários que giram em torno de uma protoestrela central durante sua montagem final. Embora várias dezenas desses discos tenham sido fotografados, apenas dois planetas foram capturados em formação até agora. Agora, os astrónomos estão a apontar os poderosos instrumentos a bordo do Telescópio Espacial James Webb para os discos protoplanetários para tentar encontrar as primeiras pistas sobre a forma como os planetas se formam e como estes planetas influenciam o seu disco natal.
Um trio de estudos liderados pela Universidade de Michigan, Universidade do Arizona e Universidade de Victoria combinou as imagens do JWST com observações anteriores feitas pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Atacama Large Millimeter Array, ou ALMA, no Chile. Com base nas observações auxiliares, a equipe usou o JWST para observar os discos protoplanetários HL Tau, SAO 206462 e MWC 758 na esperança de detectar quaisquer planetas que possam estar se formando.
Nos artigos, publicados no The Astronomical Journal , os investigadores reuniram interações nunca antes vistas entre o disco de formação planetária e o envelope de gás e poeira que rodeia as estrelas jovens no centro dos discos protoplanetários.
Para capturar um planeta
O estudo da UM, liderado pelo astrônomo da UM Gabriele Cugno, apontou o JWST para um disco em torno de uma protoestrela chamada SAO 206462. Lá, os pesquisadores potencialmente encontraram um candidato a planeta no ato de se formar em um disco protoplanetário, mas não era o planeta que eles esperava 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", disse Cugno, também coautor dos três artigos. "O que descobrimos é um candidato a planeta diferente, mas não podemos dizer com 100% de certeza se é um planeta ou uma ténue estrela ou galáxia de fundo a contaminar a nossa imagem. Observações futuras ajudar-nos-ão a compreender exatamente o que estamos a observar."
Os astrónomos observaram o disco no passado, nomeadamente com o Telescópio Espacial Hubble, o Telescópio Subaru, o Very Large Telescope e o ALMA. Estas observações mostram um disco composto por duas espirais fortes, que são provavelmente lançadas por um planeta em formação. O planeta que a equipa da U-M esperava encontrar é um tipo chamado gigante gasoso, planetas compostos principalmente por hidrogénio e hélio, semelhantes a Júpiter no nosso sistema solar.
“O problema é que tudo o que estamos tentando detectar é centenas de milhares, senão milhões de vezes mais fraco que a estrela”, disse Cugno. "É como tentar detectar uma pequena lâmpada perto de um farol."
Para examinar mais de perto o disco, a equipe usou um instrumento no JWST chamado NIRCam. O NIRCam detecta luz infravermelha, e os astrônomos usaram o instrumento empregando uma técnica chamada imagem diferencial angular. Esta técnica pode ser usada para detectar tanto a radiação térmica do planeta, como a equipe fez para detectar o candidato a planeta, quanto linhas de emissão específicas associadas ao material que cai no planeta e atinge sua superfície em alta velocidade.
“Quando o material cai no planeta, ele 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 esse acréscimo. Isso já foi feito antes no solo em comprimentos de onda ópticos, mas esta é a primeira vez que é feito no infravermelho com o JWST." Esta impressão artística mostra a formação de um planeta gigante gasoso incrustado no disco de poeira e gás no anel de poeira em torno de uma estrela jovem. Um estudo da Universidade de Michigan, liderado pelo astrônomo da UM Gabriele Cugno, apontou o Telescópio Espacial James Webb para um disco protoplanetário em torno de uma protoestrela chamada SAO 206462, na esperança de encontrar um planeta gigante gasoso em processo de formação. Crédito:ESO/L. Calçada Imaginando a 'matéria-prima' dos planetas
O artigo da Universidade de Victoria, liderado pela estudante de astronomia Camryn Mullin, descreve imagens do disco que rodeia a jovem estrela HL Tau.
"HL Tau é o sistema mais jovem do nosso estudo e ainda está rodeado por um denso fluxo de poeira e gás que cai sobre o disco," disse Mullin, co-autor dos três estudos. “Ficamos impressionados com o nível de detalhe com que pudemos ver este material circundante com o JWST, mas, infelizmente, ele obscurece quaisquer sinais de planetas potenciais.”
O disco de HL Tau é conhecido por ter vários anéis e lacunas na escala do sistema solar que podem abrigar planetas.
"Embora existam muitas evidências da formação planetária em curso, HL Tau é demasiado jovem, com demasiada poeira interveniente, para ver os planetas diretamente," disse Jarron Leisenring, investigador principal da campanha de observação em busca de planetas em formação e astrónomo da Universidade. do Observatório Steward do Arizona. "Já começámos a olhar para outros sistemas jovens com planetas conhecidos para ajudar a formar uma imagem mais completa."
No entanto, para surpresa da equipa, o JWST revelou detalhes inesperados de uma característica diferente:o envelope protoestelar, que é essencialmente um denso fluxo de poeira e gás que rodeia a jovem estrela que está apenas a começar a coalescer, de acordo com Leisenring. Sob a influência da gravidade, o material do meio interestelar cai para dentro da estrela e do disco, onde serve como matéria-prima para os planetas e seus precursores.
O estudo da UArizona, liderado por Kevin Wagner, pesquisador Hubble/Sagan da NASA no Observatório Steward da UArizona, examinou o disco protoplanetário do MWC 758. Semelhante ao SAO 206462, observações anteriores da equipe liderada pela UArizona revelaram braços espirais se formando no disco, sugerindo em um planeta massivo orbitando sua estrela hospedeira.
Embora não tenham sido detectados novos planetas no disco durante as observações mais recentes, a sensibilidade é inovadora, dizem os investigadores, pois permite-lhes impor as restrições mais rigorosas até agora aos planetas suspeitos. Por um lado, os resultados excluem a existência de planetas adicionais nas regiões exteriores do MWC 758, consistentes com um único planeta gigante que impulsiona os braços espirais.
"A falta de planetas detectados em todos os três sistemas diz-nos que os planetas que causam as lacunas e os braços espirais estão demasiado próximos das suas estrelas hospedeiras ou são demasiado ténues para serem vistos com o JWST," disse Wagner, co-autor dos três estudos. . "Se o último for verdade, diz-nos que têm massa relativamente baixa, baixa temperatura, estão envoltos em poeira ou alguma combinação dos três - como é provavelmente o caso do MWC 758."
A busca por planetas em formação continua
Capturar planetas em processo de formação é importante porque os astrônomos podem obter informações não apenas sobre o processo de formação, mas também sobre como os elementos químicos são distribuídos por um sistema planetário.
"Apenas cerca de 15 por cento das estrelas como o Sol têm planetas como Júpiter. É realmente importante compreender como se formam e evoluem, e refinar as nossas teorias," disse Michael Meyer, astrónomo da U-M e co-autor dos três estudos. "Alguns astrônomos pensam que esses planetas gigantes gasosos regulam o fornecimento de água aos planetas rochosos que se formam nas partes internas dos discos."
Saber como estes discos são moldados por gigantes gasosos ajudará os astrónomos a compreender as propriedades e a evolução dos discos protoplanetários que mais tarde darão origem a planetas rochosos semelhantes à Terra, disse Meyer.
“Basicamente, em todos os discos que observamos com resolução e sensibilidade suficientemente altas, vimos grandes estruturas como lacunas, anéis e, no caso de SAO 206462, espirais”, disse Cugno. "A maioria, se não todas, destas estruturas podem ser explicadas pela formação de planetas interagindo com o material do disco, mas existem outras explicações que não envolvem a presença de planetas gigantes.
"Se conseguirmos finalmente ver estes planetas, poderemos ligar algumas das estruturas com companheiros em formação e relacionar os processos de formação com as propriedades de outros sistemas em fases muito posteriores. Podemos finalmente ligar os pontos e compreender como os planetas e sistemas planetários evoluem como um todo."
Mais informações: Kevin Wagner et al, Imagem JWST/NIRCam de objetos estelares jovens. I. Restrições em planetas externos ao disco espiral em torno de MWC 758, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad11d5 Gabriele Cugno et al, Imagem JWST/NIRCam de objetos estelares jovens. II. Restrições profundas em planetas gigantes e um candidato a planeta fora do disco espiral em torno de SAO 206462, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad1ffc
Camryn Mullin et al, JWST/NIRCam Imaging of Young Stellar Objects. III. Imagens detalhadas do ambiente nebular em torno do disco HL Tau, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad2de9
