Em um sistema estelar distante, o JWST vê o fim da formação planetária
Esta ilustração artística mostra como seria o gás que sai de um disco de formação planetária em torno da estrela T Tauri, T. Cha. Crédito:ESO/M. Kornmesser CC POR Cada vez que uma estrela se forma, representa uma explosão de possibilidades. Não pela estrela em si; seu destino é governado por sua massa. As possibilidades que significa estão nos planetas que se formam ao seu redor. Alguns serão rochosos? Eles estarão na zona habitável? Haverá vida em algum dos planetas um dia?
Chega um ponto no desenvolvimento de todo sistema estelar em que ele não consegue mais formar planetas. Não é possível formar mais planetas porque não há mais gás e poeira disponíveis e as possibilidades planetárias em expansão são truncadas. Mas a massa total dos planetas de um sistema estelar nunca se soma à massa total de gás e poeira disponível em torno da jovem estrela.
O que acontece com a massa e por que não podem se formar mais planetas?
Quando uma protoestrela se forma em uma nuvem de hidrogênio molecular, ela é acompanhada por um disco giratório de gás e poeira chamado disco circunstelar. À medida que o material se reúne em corpos cada vez maiores, os planetesimais formam-se e, eventualmente, os planetas. Nesse ponto, o disco é chamado de disco protoplanetário. Mas como quer que o chamemos, o disco rotativo é o reservatório de material a partir do qual os planetas se formam.
Em nosso sistema solar, existem mais objetos rochosos do que gasosos. Não por massa, mas por número. Os cientistas pensam que sistemas semelhantes ao nosso formam números semelhantes de objetos rochosos e gasosos.
Mas nos primeiros dias do sistema solar, havia muito mais gás do que sólidos. Isto contradiz o facto de os discos em torno de estrelas jovens conterem 100 vezes mais gás do que sólidos. Para onde vai todo o gás?
Novas pesquisas baseadas nas observações do JWST fornecem uma resposta. O estudo é "Observações JWST MIRI MRS de T Cha:descoberta de um vento de disco espacialmente resolvido." Foi publicado no The Astronomical Journal , e o autor principal é Naman S. Bajaj, estudante de doutorado no Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona.
Este esquema da pesquisa mostra T Cha, a lacuna de poeira, o candidato planetário, e o EUV e os raios X que ionizam os gases nobres, criando o vento do disco. Crédito:Bajaj et al. 2024
T Chamaelontis (T Cha) é uma jovem estrela T Tauri localizada a cerca de 335 anos-luz de distância. As estrelas T Tauri têm menos de 10 milhões de anos e ainda não entraram na sequência principal. Neste ponto do seu desenvolvimento, os discos em torno das estrelas T Tauri estão a dissipar-se. O gás no disco está sendo ativamente disperso no espaço.
"Saber quando o gás se dispersa é importante porque nos dá uma ideia melhor de quanto tempo os planetas gasosos têm para consumir o gás dos seus arredores," disse o principal autor do estudo, Bajaj. "Com vislumbres sem precedentes destes discos que rodeiam estrelas jovens, os locais de nascimento dos planetas, o JWST ajuda-nos a descobrir como os planetas se formam."
Dado que o tipo e o número de planetas formados num disco em torno de uma estrela dependem da quantidade de gás e poeira disponíveis, saber como e quando se dispersam é fundamental para a compreensão do eventual sistema estelar.
“Portanto, em resumo, o resultado da formação planetária depende da evolução e dispersão do disco”, disse Bajaj.
T Cha se destaca por outro motivo além da pouca idade. Seu disco circunstelar em erosão tem uma vasta lacuna de poeira com cerca de 30 unidades astronômicas de largura. No interior da lacuna há um anel estreito de material próximo à estrela, e na parte externa da lacuna está o restante do material do disco. Um candidato planetário está na lacuna, mas não faz parte desta pesquisa.
A força que dispersa o gás é chamada de vento do disco. Nesta pesquisa, os cientistas envolvidos usaram o JWST para sondar o disco e descobrir o que impulsiona o vento. Esta é a primeira vez que os cientistas captam imagens do vento do disco.
A ionização desempenha um grande papel na dispersão do disco. A ionização acontece quando fótons energéticos de uma estrela atingem um átomo e removem um ou mais elétrons. A ionização de diferentes tipos de átomos libera luz específica que o JWST pode ver e que os cientistas podem usar para rastrear a atividade no disco. Nesta pesquisa, o JWST detectou dois gases nobres sendo ionizados:argônio e néon. O JWST também detectou argônio duplamente ionizado, a primeira vez que foi detectado em um disco.
Esta figura da pesquisa mostra algumas das observações do JWST. O painel superior é o espectro JWST MIRI MRS de T Cha plotado entre mostrar características de PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos) e outros dados, incluindo as emissões proibidas de gases nobres em verde. Os quatro painéis inferiores destacam ainda as quatro emissões de linha proibidas, [Ar ii], [Ar iii], [Ne ii] e [Ne iii], que são especialmente importantes neste estudo. A presença de argônio duplamente ionizado (Ar iii) nunca foi observada antes. Crédito:Bajaj et al. 2024
Os astrônomos sabem há uma década que Ne ii rastreia os ventos do disco. Cientistas que trabalham com o Telescópio Espacial Spitzer da NASA descobriram isso. Em T Cha, o Ne ii traça a emissão para longe do disco, o que é compatível com o vento do disco.
"A assinatura de néon nas nossas imagens diz-nos que o vento do disco vem de uma região extensa afastada do disco," disse Bajaj. "Esses ventos podem ser impulsionados por fótons de alta energia - essencialmente a luz que flui da estrela - ou pelo campo magnético que atravessa o disco de formação planetária."
É fundamental entender a fonte da ionização. Para aprofundar isso, os pesquisadores confiaram em simulações. Os investigadores simularam a intensa radiação proveniente da estrela jovem e compararam-na com as observações do JWST. Houve uma boa correspondência mostrando que os fótons estelares energéticos podem impulsionar a dispersão do disco.
"Nossa descoberta da emissão de néon espacialmente resolvida - e a primeira detecção de argônio duplo ionizado - usando o Telescópio Espacial James Webb pode se tornar o próximo passo para transformar nossa compreensão de como o gás sai de um disco de formação planetária", disse Ilaria Pascucci, um professor da LPL que ajudou a descobrir que o néon traça os ventos do disco. "Estas informações vão ajudar-nos a ter uma ideia melhor da história e do impacto no nosso próprio sistema estelar."
Como uma jovem estrela de T Tauri, T Cha está mudando rapidamente. Observações anteriores há cerca de 17 anos com o Spitzer revelaram um espectro diferente destas observações com o JWST. As diferenças podem ser explicadas por um pequeno disco interno de material próximo a T Cha que perdeu massa perceptível nos 17 anos seguintes. Em termos científicos específicos, o fluxo MIRI [Ne ii] é 50% superior ao fluxo Spitzer obtido em 2006. Estudos futuros podem ajudar a esclarecer ainda mais essas linhas de diagnóstico de vento.
Chengyan Xie, estudante de doutorado do segundo ano da LPL que está envolvido na pesquisa, acha que estamos observando a dispersão do disco em tempo real e que as coisas continuarão a mudar rapidamente.
“Juntamente com outros estudos, isto também sugere que o disco de T Cha está no final da sua evolução”, disse Xie. "Poderemos testemunhar a dispersão de toda a massa de poeira no disco interno de T Cha durante a nossa vida."
A formação planetária pode estar prestes a parar em T Cha, e o JWST está nos ajudando a ver isso acontecer.
