Primeira imagem detalhada do gelo no disco de formação planetária

Uma equipe internacional de astrónomos liderada por Ardjan Sturm do Observatório fez o primeiro inventário bidimensional de gelo num disco de poeira e gás em formação planetária que rodeia uma estrela jovem. 

Os pesquisadores, incluindo Melissa McClure, usaram o Telescópio Espacial James Webb e publicaram suas descobertas na revista Astronomy & Astrophysics em 6 de dezembro. 

Imagem composta da área ao redor do disco protoplanetário HH 48 NE. A luz espalhada no disco é vermelha. O gás do vento acima do disco é verde. O jato é azul. (c) HST, JWST, Sturm et al.

O gelo é importante para a formação de planetas e cometas. Graças ao gelo, as partículas sólidas de poeira se aglomeram em pedaços maiores, a partir dos quais se formam planetas e cometas. Além disso, os impactos dos cometas portadores de gelo provavelmente contribuíram significativamente para a quantidade de água na nossa Terra, formando os seus mares. 

Este gelo também contém átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio que são importantes na formação dos blocos moleculares da vida. No entanto, o gelo nos discos de formação planetária nunca tinha sido mapeado em detalhe antes. Isso ocorre porque os telescópios baseados na Terra são prejudicados pela nossa atmosfera contendo água e porque outros telescópios espaciais não eram grandes o suficiente para detectar e identificar esses alvos fracos. O Telescópio Espacial James Webb resolve esses problemas. 

Hamburger

Os investigadores estudaram a luz estelar da jovem estrela HH 48 NE à medida que esta passa através do seu disco de formação planetária em direção ao telescópio espacial. A estrela e o disco estão localizados a cerca de 600 anos-luz da Terra, na constelação meridional do Camaleão. O disco parece um hambúrguer, com uma faixa central escura e dois pães brilhantes porque o olhamos de lado, de lado. 

A caminho do telescópio, a luz das estrelas colide com muitas moléculas do disco. Isso cria espectros de absorção com picos específicos para cada molécula. A desvantagem é que pouca luz chega ao telescópio, especialmente a partir da parte mais densa do disco na faixa escura. Mas como o Telescópio Espacial James Webb é mais sensível do que qualquer outro telescópio, os baixos níveis de luz não representam um problema. 

Os pesquisadores observaram picos distintos de gelo de água (H 2 O), gelo de dióxido de carbono (CO 2 ) e gelo de monóxido de carbono (CO) nos espectros de absorção. Além disso, encontraram evidências de gelo de amônia (NH 3 ), cianato (OCN – ), sulfeto de carbonila (OCS) e dióxido de carbono pesado ( 13 CO 2 ). A proporção entre dióxido de carbono normal e dióxido de carbono pesado permitiu aos pesquisadores calcular pela primeira vez quanto dióxido de carbono está presente no disco. 

Um dos resultados interessantes foi que o gelo de CO que os investigadores detectaram pode ser misturado com o CO 2 menos volátil e o gelo de água, permitindo-lhe permanecer congelado mais perto da estrela do que se pensava anteriormente. 

O estudo de Sturm et al. Num relance. Canto superior esquerdo: a região observada. Canto superior direito: detalhes sobre a luz observada e a característica do gelo de água. Abaixo: um espectro mostrando picos e depressões que resultam de diferentes moléculas. (c) Sturm et al.

Era do Gelo

“O mapeamento direto do gelo num disco de formação planetária fornece informações importantes para estudos de modelação que ajudam a compreender melhor a formação da nossa Terra, de outros planetas no nosso Sistema Solar e em torno de outras estrelas. Com estas observações, podemos agora começar a fazer afirmações mais firmes sobre a física e a química da formação estelar e planetária,” afirma o principal autor do estudo, Ardjan Sturm (Universidade de Leiden, Holanda).

'Em 2016, criamos um dos primeiros programas de pesquisa do JWST, Ice Age. Queríamos estudar como os blocos de construção gelados da vida evoluem na viagem desde as suas origens nas nuvens interestelares frias até às regiões de formação de cometas de sistemas planetários jovens. 

Agora os resultados estão começando a chegar. É um momento realmente emocionante”, diz a coautora Melissa McClure (Universidade de Leiden). Ela lidera o programa de pesquisa e publicou as primeiras observações de gelo da Era do Gelo em nuvens moleculares em janeiro de 2023. 

A equipe da Era Glacial estudará espectros mais extensos do mesmo disco de formação planetária em um futuro próximo. Além disso, agora são capazes de observar outros discos de formação de planetas. Se a descoberta sobre as misturas de gelo de CO se mantiver, isto modificaria a compreensão atual das composições planetárias, levando potencialmente a planetas mais ricos em carbono mais próximos da estrela. Em última análise, os investigadores pretendem aprender mais sobre os caminhos de formação e a composição resultante de planetas, asteróides e cometas. 

Este artigo apareceu como um comunicado de imprensa no site da  Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA) .

Fonte: universiteitleiden.nl