Foto inédita pode revelar a origem do Sistema Solar

Fomalhaut é uma das estrelas mais brilhantes do céu noturno, e o Telescópio Espacial James Webb revelou cinturões de material que orbitam a estrela com detalhes surpreendentes.

Por Megan Gannon
Publicado 9 de mai. de 2023, 12:44 BRT
Três cinturões com detritos espaciais se estendem por 22 bilhões de quilômetros da jovem estrela Fomalhaut. ...

Três cinturões com detritos espaciais se estendem por 22 bilhões de quilômetros da jovem estrela Fomalhaut. Os cinturões internos são gerados, provavelmente, pelas forças gravitacionais de planetas invisíveis, como mostra esta imagem do Telescópio Espacial James Webb, que bloqueia a luz da estrela para revelar o material ao redor.

Foto de NASA ESA, CSA; IMAGE PROCESSING: András Gáspár, University of Arizona, Alyssa Pagan, STScI

Uma nova imagem do Telescópio Espacial James Webb (JWST, na sigla em inglês) deu aos cientistas uma visão impressionante dos cinturões de detritos espaciais que cercam uma estrela próxima. Semelhante ao cinturão de asteroides do nosso próprio Sistema Solar, esses anéis orbitais de rocha e gelo despedaçados podem ajudar a revelar como os sistemas planetários se formam.

Os discos de detritos orbitam Fomalhaut, uma estrela mais jovem e maior que o Sol, a cerca de 25 anos-luz da Terra. Fomalhaut, uma das estrelas mais brilhantes do céu noturno, brilha na constelação austral Piscis Austrinus. Embora dois cinturões tenham sido observados anteriormente ao redor de Fomalhaut, a nova imagem publicada na revista Nature Astronomy mostra que três cinturões circundam a estrela.

Qualquer um que olhar para essa imagem irá falar: "uau, isso é lindo", diz Alycia Weinberger, astrônoma da Carnegie Institution for Science em Washington, D.C. (EUA), que não participou do estudo.

Star Fomalhaut

Fomalhaut é muito mais quente do que o nosso Sol, e cerca de 15 vezes mais brilhante. Localizada a 25 anos-luz da Terra, ela está queimando hidrogênio a uma velocidade tão vertiginosa que se extinguirá em apenas um bilhão de anos, cerca de 10% do tempo de vida do Sol.

Foto de NASA ESA, the Digitized Sky Survey 2

Fomalhaut é famosa entre os astrônomos porque abriga um dos primeiros cinturões descobertos fora do nosso Sistema Solar. Na década de 1980, pesquisadores que usavam o Satélite Astronômico Infravermelho descobriram por acaso cinturões de detritos ao redor de estrelas conhecidas como as quatro fabulosas: Fomalhaut, Vega, Beta Pictoris e Epsilon Eridani.

O sistema Fomalhaut tornou-se ainda mais intrigante em 2008, quando os astrônomos que usavam o Telescópio Espacial Hubble detectaram o que parecia ser um planeta maciço orbitando a estrela. Fomalhaut B foi o primeiro exoplaneta observado diretamente na luz visível. Em 2020, András Gáspár, da Universidade do Arizona, Estados Unidos, liderou um estudo segundo o qual o objeto era provavelmente uma nuvem de poeira resultante de uma colisão entre dois objetos menores.

Gáspár esperava há anos dar uma olhada mais de perto no sistema Fomalhaut com o JWST, o maior telescópio espacial da história. Ele começou a projetar um programa para observar a estrela com o instrumento de infravermelho médio (Miri) do JWST, em 2016. O telescópio foi finalmente lançado no dia de Natal de 2021 e, em outubro de 2022, Gáspár teve a oportunidade de revisitar Fomalhaut.

O que se pensava ser um exoplaneta maciço, Fomalhaut b (inserção), foi capturado em 2008 pelo ...

O que se pensava ser um exoplaneta maciço, Fomalhaut b (inserção), foi capturado em 2008 pelo Telescópio Espacial Hubble em luz visível. No entanto, o JWST não o detectou no infravermelho médio e provavelmente era uma nuvem de poeira de uma colisão entre dois miniplanetas.

Foto de Paul Kalas University of California, Berkeley, NASA, ESA

"Isso mostra um quadro muito diferente do que pensávamos que veríamos", diz Gáspár, "É realmente empolgante. Vemos um sistema muito complexo e dinamicamente ativo."

Detritos espaciais

Ao redor do Sol, o cinturão de asteroides e o cinturão de Kuiper, mais distante, contêm os remanescentes do Sistema Solar: asteroides, cometas, planetesimais e outros detritos antigos que não se tornaram parte dos planetas. Deve haver discos de detritos girando em torno de milhares de outras estrelas, mas observar esses cinturões distantes de rocha espacial despedaçada não é uma tarefa fácil.

O Miri capta a luz infravermelha média, que o olho humano não consegue ver. Esse tipo de luz é especialmente útil para observar a poeira. Os telescópios espaciais anteriores também possuíam instrumentos de infravermelho médio, mas a abertura do Miri é muito maior, o que significa que ele pode coletar mais luz e identificar objetos mais fracos.

"É algo sem precedentes e acho que nunca mais veremos algo assim em minha carreira. É realmente uma oportunidade única para os astrônomos", diz Gáspár.

Usando o Miri, Gáspár e seus colegas viram que o sistema Fomalhaut não tem apenas um disco interno como o cinturão de asteroides e um grande anel externo empoeirado como o cinturão de Kuiper, mas também um anel difuso no meio. As lacunas entre os anéis, bem como o desalinhamento, sugerem que há planetas invisíveis orbitando a estrela que são pequenos demais para serem observados.

"É ótimo finalmente ver toda a estrutura dentro do cinturão principal de poeira que outros telescópios nunca conseguiram ver antes, por isso fiquei muito animada", diz Samantha Lawler, astrônoma da Universidade de Regina, em Saskatchewan, Canadá, que não participou da nova pesquisa. "Eu poderia passar um longo tempo olhando para essa imagem.

O cinturão intermediário foi uma surpresa, acrescenta ela, porque as imagens anteriores não mostravam nada ali.

Já se pensou que Fomalhaut B fosse um planeta, mas os pesquisadores agora acreditam que seja ...

Já se pensou que Fomalhaut B fosse um planeta, mas os pesquisadores agora acreditam que seja uma nuvem de poeira resultante da colisão entre dois corpos protoplanetários com 201 168 km de diâmetro. A recém-descoberta "grande nuvem de poeira" poderia ser o resultado de uma colisão desse tipo, mas de corpos muito maiores. Outra teoria é a de "uma galáxia de fundo que está nos pregando peças e se encontra logo atrás do anel externo (KBA)". Uma observação de acompanhamento deve nos ajudar a decidir", escreveu András Gáspár, da Universidade do Arizona em Tucson e principal autor do novo artigo.

Foto de ESA NASA, M. Kornmesser

"Isso se encaixa muito bem na teoria de que Fomalhaut B, o candidato a exoplaneta, é uma nuvem de poeira de uma colisão, porque há muitas coisas a essa distância das quais Fomalhaut B teria que ter saído", diz Lawler.

A poeira nesse anel intermediário não existe há 400 milhões de anos, a idade estimada de Fomalhaut. Ela teria de estar constantemente se regenerando a partir de colisões entre asteroides e cometas, e a equipe de estudo acredita que pode ter detectado outra nuvem de poeira de uma colisão em expansão.

Essa "grande nuvem de poeira" foi detectada no cinturão externo, e seu tamanho, bem como o tamanho dos grãos de poeira que refletem a luz de volta ao telescópio, sugerem que a nuvem veio de uma colisão entre dois planetesimais, cada um com cerca de 450 quilômetros de diâmetro.

"Esperamos que ocorram colisões nos discos de detritos", diz a astrofísica Meredith MacGregor, da Universidade do Colorado em Boulder, que não participou do estudo. "Pequenos grãos de poeira são removidos em escalas de tempo menores do que a idade do sistema, o que significa que a poeira que vemos hoje deve ter sido regenerada por colisões."

Mas "não resolvemos regularmente eventos de colisão individuais", diz ele. É essencial ter certeza de que (...) é de fato algo associado ao sistema, e não um objeto de fundo".

Herschel

Antes da imagem de Fomalhaut do JWST, outros telescópios só conseguiam ver o cinturão externo, como nesta imagem de 2012 do Observatório Espacial Herschel, da Agência Espacial Europeia. 

Foto de ESA Herschel, PACS, Bram Acke, KU Leuven, Belgium

Milhares de sistemas únicos

As descobertas entusiasmam os pesquisadores que estavam esperando para ver as novas possibilidades abertas pelo JWST. "É incrível ver a qualidade dos dados e pensar na nova ciência que poderemos fazer", comemora MacGregor.

Gáspár tem planos para novas observações do JWST dos discos de detritos ao redor das estrelas Vega e Epsilon Eridani. "Nenhum de seus discos foi observado muito bem, e sabemos que eles estão lá, então, poderemos ver esses sistemas bem definidos pela primeira vez", diz ele. Uma melhor compreensão dos discos de detritos ao redor de outras estrelas pode ser crucial para entender como os sistemas planetários se formam.

"O que realmente gostaríamos de entender é onde os planetas podem se formar – a que distância de suas estrelas eles podem se formar, como eles se movem depois de se formarem", reflete Weinberger. "Acreditamos que podemos deduzir essas informações observando a estrutura dos discos."

Ao examinar os cinturões de rocha e gelo que cercam outras estrelas, os cientistas também podem ter uma ideia melhor se o nosso Sistema Solar é uma estrutura típica ou se algo estranho e único aconteceu aqui.

"Até o momento, 5000 outros exoplanetas já foram descobertos", diz Weinberger, "e muitos deles estão em sistemas que não se parecem em nada com o nosso Sistema Solar.

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