Webb captura imagens de exoplanetas jovens e gigantes e detecta dióxido de carbono

Descobertas sugerem que exoplanetas gigantes no sistema HR 8799 provavelmente se formaram como Júpiter e Saturno. 

Esta imagem mostra o sistema planetário HR 8799. O fundo da imagem é preto. No centro da imagem, há um símbolo representando uma estrela rotulada HR 8799. Esta estrela bloqueia a luz da estrela hospedeira. Há quatro exoplanetas, que parecem pontos difusos, retratados na imagem ao redor da estrela. Mais distante da estrela está um ponto azul tênue e difuso, rotulado b, na posição das 10 horas. Na posição de uma hora, o segundo mais distante da estrela, está um ponto difuso branco-azulado rotulado c. Logo abaixo dele está um ponto laranja rotulado e. Na posição das quatro horas, ainda próximo à estrela, está outro ponto branco difuso rotulado d. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI) 

O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA capturou imagens diretas de vários planetas gigantes gasosos dentro de um sistema planetário icônico. HR 8799, um sistema jovem a 130 anos-luz de distância, tem sido um alvo importante para estudos de formação de planetas há muito tempo. As observações indicam que os planetas bem estudados de HR 8799 são ricos em gás dióxido de carbono. Isso fornece fortes evidências de que os quatro planetas gigantes do sistema se formaram muito como Júpiter e Saturno, construindo lentamente núcleos sólidos que atraem gás de dentro de um disco protoplanetário.

Os resultados também confirmam que Webb pode inferir a química das atmosferas de exoplanetas por meio de imagens. Essa técnica complementa os poderosos instrumentos espectroscópicos de Webb, que resolvem a composição atmosférica.

“Ao detectar essas fortes características de dióxido de carbono, mostramos que há uma fração considerável de elementos mais pesados, como carbono, oxigênio e ferro, nas atmosferas desses planetas”, disse William Balmer, da Universidade Johns Hopkins em Baltimore. “Dado o que sabemos sobre a estrela que eles orbitam, isso provavelmente indica que eles se formaram por acreção do núcleo, o que é uma conclusão emocionante para planetas que podemos ver diretamente.”

Balmer é o autor principal do estudo que anuncia os resultados publicados hoje no The Astrophysical Journal. A análise de Balmer e sua equipe também inclui a observação de Webb de um sistema a 97 anos-luz de distância chamado 51 Eridani.

HR 8799 é um sistema jovem com cerca de 30 milhões de anos, uma fração dos 4,6 bilhões de anos do nosso sistema solar. Ainda quentes de sua formação tumultuada, os planetas dentro de HR 8799 emitem grandes quantidades de luz infravermelha que dão aos cientistas dados valiosos sobre como eles se formaram.

Planetas gigantes podem tomar forma de duas maneiras: construindo lentamente núcleos sólidos com elementos mais pesados ​​que atraem gás, assim como os gigantes em nosso sistema solar, ou quando partículas de gás rapidamente se fundem em objetos massivos a partir do disco de resfriamento de uma estrela jovem, que é feito principalmente do mesmo tipo de material que a estrela. Saber qual modelo de formação é mais comum pode dar aos cientistas pistas para distinguir entre os tipos de planetas que eles encontram em outros sistemas.

“Nossa esperança com esse tipo de pesquisa é entender nosso próprio sistema solar, a vida e nós mesmos em comparação a outros sistemas exoplanetários, para que possamos contextualizar nossa existência”, disse Balmer. “Queremos tirar fotos de outros sistemas solares e ver como eles são semelhantes ou diferentes quando comparados ao nosso. A partir daí, podemos tentar ter uma noção de quão estranho nosso sistema solar realmente é — ou quão normal.”

Dos quase 6.000 exoplanetas descobertos, poucos foram diretamente fotografados, já que até mesmo planetas gigantes são milhares de vezes mais fracos que suas estrelas. As imagens de HR 8799 e 51 Eridani foram possíveis graças ao coronógrafo NIRCam ( Near-Infrared Camera ) do Webb, que bloqueia a luz de estrelas brilhantes para revelar mundos que de outra forma estariam ocultos.

Essa tecnologia permitiu que a equipe procurasse luz infravermelha emitida pelos planetas em comprimentos de onda que são absorvidos por gases específicos. A equipe descobriu que os quatro planetas HR 8799 contêm mais elementos pesados ​​do que se pensava anteriormente.

“As capacidades únicas do Webb estão nos permitindo explorar a ampla diversidade desses planetas diretamente fotografados pela primeira vez. Isso nos dá pistas importantes sobre como esses sistemas planetários se formaram”,  disse Emily Rickman, da Agência Espacial Europeia, coautora do estudo.  “Essas novas observações reiteram o quão valioso o sistema multiplanetário HR 8799 é como um trampolim para entender a formação de sistemas exoplanetários e do nosso próprio Sistema Solar.”

A equipe está abrindo caminho para observações mais detalhadas para determinar se os objetos que eles veem orbitando outras estrelas são realmente planetas gigantes ou objetos como anãs marrons, que se formam como estrelas, mas não acumulam massa suficiente para iniciar a fusão nuclear.

“Temos outras linhas de evidências que sugerem que esses quatro planetas HR 8799 estão se formando usando essa abordagem de baixo para cima”, disse Laurent Pueyo, astrônomo do Space Telescope Science Institute em Baltimore, que coliderou o trabalho. “Quão comum isso é para planetas que podemos obter imagens diretamente? Ainda não sabemos, mas estamos propondo mais observações do Webb para responder a essa pergunta.”

“Sabíamos que o Webb poderia medir as cores dos planetas exteriores em sistemas de imagens diretas”, acrescentou Rémi Soummer, diretor do Russell B. Makidon Optics Lab do STScI e ex-líder das operações do coronógrafo do Webb. “Estamos esperando há 10 anos para confirmar que nossas operações finamente ajustadas do telescópio também nos permitiriam acessar os planetas interiores. Agora os resultados estão prontos e podemos fazer ciência interessante com eles.”

Esawebb.org