Webb identifica a menor anã marrom flutuante

A descoberta ajuda a responder à pergunta: quão pequeno você consegue atingir ao formar estrelas?

Aglomerado estelar IC 348 (imagem NIRCam) Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI e K. Luhman (Penn State University) e C. Alves de Oliveira (Agência Espacial Europeia) 

As anãs marrons são às vezes chamadas de estrelas fracassadas, pois se formam como estrelas através do colapso gravitacional, mas nunca ganham massa suficiente para iniciar a fusão nuclear. As menores anãs marrons podem se sobrepor em massa a planetas gigantes. Na busca pela menor anã marrom, os astrônomos, usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, encontraram o novo recordista: um objeto pesando apenas três a quatro vezes a massa de Júpiter.

Anãs marrons são objetos que se estendem pela linha divisória entre estrelas e planetas. Formam-se como estrelas, tornando-se suficientemente densas para colapsar sob a sua própria gravidade, mas nunca se tornam densas e quentes o suficiente para começarem a fundir hidrogénio e transformarem-se numa estrela. Na extremidade inferior da escala, algumas anãs marrons são comparáveis ​​a planetas gigantes, pesando apenas algumas vezes a massa de Júpiter.

Os astrônomos estão tentando determinar o menor objeto que pode se formar como uma estrela. Uma equipe internacional, usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, identificou o novo recordista: uma pequena anã marrom flutuante com apenas três a quatro vezes a massa de Júpiter.

“Uma pergunta básica que você encontrará em todos os livros de astronomia é: quais são as menores estrelas? É isso que estamos tentando responder”, explicou o autor principal, Kevin Luhman, da Universidade Estadual da Pensilvânia.

Para localizar esta anã castanha recém-descoberta, Luhman e a sua colega, Catarina Alves de Oliveira, escolheram estudar o aglomerado estelar IC 348, localizado a cerca de 1000 anos-luz de distância, na região de formação estelar de Perseu. Este aglomerado é jovem, com apenas cerca de cinco milhões de anos. Como resultado, quaisquer anãs marrons ainda seriam relativamente brilhantes na luz infravermelha, brilhando devido ao calor de sua formação.

A equipe primeiro fotografou o centro do aglomerado usando a NIRCam de Webb (câmera infravermelha próxima) para identificar candidatas a anãs marrons a partir de seu brilho e cores. Eles acompanharam os alvos mais promissores usando o conjunto de microobturadores NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb.

A sensibilidade infravermelha de Webb foi crucial, permitindo à equipe detectar objetos mais fracos do que os telescópios terrestres. Além disso, a visão aguçada de Webb permitiu-lhes determinar quais objetos vermelhos eram anãs marrons pontuais e quais eram galáxias borradas de fundo.

Este processo de separação levou a três alvos intrigantes pesando entre três e oito massas de Júpiter, com temperaturas de superfície variando entre 830 e 1.500 graus Celsius. O menor deles pesa apenas três a quatro vezes o peso de Júpiter, de acordo com modelos de computador.

Explicar como uma anã marrom tão pequena poderia se formar é teoricamente desafiador. Uma nuvem pesada e densa de gás tem gravidade suficiente para entrar em colapso e formar uma estrela. No entanto, devido à sua gravidade mais fraca, deveria ser mais difícil para uma pequena nuvem colapsar e formar uma anã marrom, e isso é especialmente verdadeiro para anãs marrons com massas de planetas gigantes. 

“É muito fácil para os modelos atuais criar planetas gigantes num disco em torno de uma estrela”, disse Catarina Alves de Oliveira da ESA, investigador principal do programa de observação. “Mas neste aglomerado, seria improvável que este objeto se formasse em um disco, em vez disso se formando como uma estrela, e três massas de Júpiter são 300 vezes menores que o nosso Sol. Portanto, temos que perguntar: como funciona o processo de formação estelar em massas tão pequenas?”

Além de fornecerem pistas sobre o processo de formação de estrelas, as minúsculas anãs marrons também podem ajudar os astrônomos a compreender melhor os exoplanetas. As anãs marrons menos massivas se sobrepõem aos maiores exoplanetas; portanto, seria de se esperar que eles tivessem algumas propriedades semelhantes. No entanto, uma anã castanha flutuante é mais fácil de estudar do que um exoplaneta gigante, uma vez que este último está escondido dentro do brilho da sua estrela hospedeira.

Duas das anãs castanhas identificadas nesta pesquisa mostram a assinatura espectral de um hidrocarboneto não identificado, uma molécula contendo átomos de hidrogénio e de carbono. A mesma assinatura infravermelha foi detectada pela missão Cassini da NASA nas atmosferas de Saturno e da sua lua Titã. Também foi visto no meio interestelar, o gás entre as estrelas.

“Esta é a primeira vez que detectamos esta molécula na atmosfera de um objeto fora do nosso Sistema Solar”, explicou Alves de Oliveira. “Os modelos para atmosferas de anãs marrons não prevêem sua existência. Estamos olhando para objetos com idades mais jovens e massas mais baixas do que nunca, e estamos vendo algo novo e inesperado.”

Uma vez que os objetos estão dentro da faixa de massa dos planetas gigantes, levanta-se a questão de saber se são de fato anãs marrons ou, na verdade, planetas rebeldes que foram ejetados de sistemas planetários. Embora a equipe não possa descartar o último, eles argumentam que é muito mais provável que sejam anãs marrons do que planetas ejetados.

Um planeta gigante ejetado é improvável por dois motivos. Primeiro, tais planetas são geralmente incomuns em comparação com planetas com massas menores. Em segundo lugar, a maioria das estrelas são estrelas de baixa massa e os planetas gigantes são especialmente raros entre essas estrelas.

Como resultado, é improvável que a maioria das estrelas do IC 348 (que são estrelas de baixa massa) sejam capazes de produzir planetas tão massivos. Além disso, como o aglomerado tem apenas cinco milhões de anos, provavelmente não houve tempo suficiente para que os planetas gigantes se formassem e depois fossem ejetados dos seus sistemas. 

A descoberta de mais objetos desse tipo ajudará a esclarecer seu status. As teorias sugerem que é mais provável que planetas rebeldes sejam encontrados na periferia de um aglomerado estelar, pelo que a expansão da área de pesquisa pode identificá-los, caso existam dentro do IC 348. 

Trabalhos futuros também podem incluir pesquisas mais longas que possam detectar objetos menores e mais fracos. Esperava-se que a curta pesquisa conduzida pela equipe detectasse objetos tão pequenos quanto o dobro da massa de Júpiter. Pesquisas mais longas poderiam facilmente atingir a massa de um Júpiter.

Fonte: esawebb.org