Webb obtém vislumbre sem precedentes de formação planetária no sistema PDS 70

Um estudo inovador realizado por astrónomos canadianos, recorrendo ao Telescópio Espacial James Webb, revelou novos conhecimentos sobre o modo como os planetas tomam forma. Liderado pelo candidato a doutoramento da Universidade de Vitória, Dori Blakely, o estudo conta também com contribuições importantes de investigadores do IREx (Trottier Institute for Research on Exoplanets).

A equipe concentrou-se em PDS 70, um jovem sistema estelar localizado a 370 anos-luz de distância, onde dois planetas estão em processo de formação. Tirando partido das poderosas capacidades do JWST, os investigadores descobriram detalhes importantes sobre estes mundos recém-nascidos e sobre o disco rodopiante de gás e poeira de onde estão a surgir. 

Uma visão multi-comprimento de onda do sistema PDS 70 revela a interação dinâmica entre os seus planetas em formação (PDS 70 b e PDS 70 c) e os seus arredores. O brilho vermelho-amarelo, baseado em dados do JWST, revela os planetas em crescimento e a luz dispersa por pequenos grãos de poeira na superfície do disco. Estes grãos de poeira são tão pequenos que dispersam a luz maioritariamente para a frente, razão pela qual não conseguimos ver o lado mais afastado do disco. O anel azul ténue, captado pelo ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), destaca a emissão mais fria de grãos de poeira maiores localizados ao longo do disco. No coração do sistema está a estrela central escondida, enquanto os círculos a tracejado marcam a localização prevista dos planetas com base em observações terrestres anteriores. Crédito: Dori Blakely (Universidade de Vitória/Conselho Nacional de Investigação do Canadá)

Um berçário cósmico em ação

A estrela PDS 70, com apenas cinco milhões de anos, alberga um disco de material em seu redor. Uma lacuna proeminente no disco marca a localização de dois planetas em crescimento, PDS 70 b e PDS 70 c, que estão ativamente a recolher material para construir as suas atmosferas e massas.

"Estamos a ver instantâneos das fases iniciais do crescimento planetário, mostrando-nos o que acontece quando mundos competem pela sobrevivência no seu berçário cósmico", disse o autor principal Dori Blakely, candidato a doutoramento na Universidade de Vitória. "O que é notável é que podemos ver não só os planetas, mas o próprio processo da sua formação - estão a competir com a sua estrela e um com o outro pelo gás e poeira de que necessitam para crescer".

Técnicas inovadoras de observação com o JWST

Para conseguir esta visão sem precedentes, a equipa utilizou o NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) do JWST no modo AMI (Aperture Masking Interferometry). Esta técnica especializada utiliza uma máscara com pequenos orifícios para manipular a luz recebida, criando um padrão de interferência que aumenta a visibilidade de objetos ténues perto de estrelas brilhantes.

"Esta técnica inovadora é como diminuir o holofote ofuscante da jovem estrela para que se possam ver os detalhes do que a rodeia - neste caso, planetas", explicou o prof. René Doyon, Diretor do IREx e Investigador Principal do instrumento NIRISS do JWST.

O método revelou-se altamente eficaz, divulgando pormenores que seriam impossíveis de detetar utilizando técnicas convencionais de imagem.

"Este trabalho mostra como o JWST pode fazer algo completamente novo", acrescentou o Dr. Loïc Albert, cientista do instrumento NIRISS do Webb no IREx. "Estamos a usar técnicas inovadoras para olhar para os planetas de uma forma que nunca fizemos antes". 

Testemunhando o crescimento planetário

O estudo apoia a ideia de que PDS 70 b e PDS 70 c ainda estão a acumular gás dos seus arredores, fornecendo uma rara observação direta de planetas nos seus anos formativos. Ao analisar a luz emitida no infravermelho médio, os investigadores mediram o brilho e a posição dos planetas com uma precisão notável. Os resultados apoiam a teoria de que os planetas se formam através de um processo chamado acreção, recolhendo gradualmente massa do disco que os rodeia.

"Estas observações dão-nos uma oportunidade incrível de testemunhar a formação de planetas à medida que ela acontece", disse Doug Johnstone, investigador do Centro Herzberg de Investigação em Astronomia e Astrofísica do Conselho Nacional de Investigação do Canadá. "Ver os planetas no ato de acreção de material ajuda-nos a responder a questões de longa data sobre como os sistemas planetários se formam e evoluem. É como ver um sistema solar a ser construído diante dos nossos olhos".

Sinais de formação exolunar?

Curiosamente, os dados também sugerem que os planetas podem ter os seus próprios discos circumplanetários - anéis de material que podem ser o local de nascimento de luas, tal como as que orbitam Júpiter e Saturno atualmente. As observações de longo comprimento de onda do JWST detetaram luz infravermelha extra à volta dos planetas, possivelmente indicando material quente a acretar-se ativamente sobre eles. Se confirmado, este facto reforçaria o argumento de que os discos circumplanetários desempenham um papel crucial na formação dos sistemas planetários.

Um vislumbre do passado do nosso próprio Sistema Solar

As descobertas no sistema PDS 70 fornecem um valioso análogo à evolução inicial dos sistemas planetários, incluindo o nosso.

"É como ver uma fotografia de família do nosso Sistema Solar quando era apenas uma criança", disse Blakely. "É incrível pensar no quanto podemos aprender com um sistema".

Talvez a descoberta mais tentadora tenha sido a deteção de uma fonte de luz ténue e não resolvida no interior da lacuna do disco. Poderá ser uma característica desconhecida, como um braço espiral de poeira e gás, ou mesmo um terceiro planeta em formação no sistema. As futuras observações do JWST com outros instrumentos, como o MIRI e o NIRCam, serão essenciais para desvendar este mistério.

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