James Webb identifica água gelada num sistema estelar jovem

Há água congelada espalhada em sistemas ao redor de outras estrelas? Os astrônomos já esperavam que sim, em parte com base em detecções anteriores de sua forma gasosa, vapor d'água, e sua presença em nosso próprio sistema solar.

Pela primeira vez, os investigadores confirmaram a presença de água gelada cristalina num disco de detritos poeirentos que orbita uma estrela semelhante ao Sol, utilizando o Telescópio Espacial James Webb da NASA. Toda a água ngelada detetada pelo Webb está emparelhada com partículas finas de poeira em todo o disco. A maior parte da água gelada observada encontra-se onde está mais frio e mais longe da estrela. Quanto mais perto da estrela os investigadores procuraram, menos água gelada encontraram. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Agora há evidências definitivas: pesquisadores confirmaram a presença de gelo cristalino de água em um disco de detritos empoeirados que orbita uma estrela semelhante ao Sol a 155 anos-luz de distância, usando dados detalhados conhecidos como espectros do Telescópio Espacial James Webb da NASA. (O termo gelo de água especifica sua composição, visto que muitas outras moléculas congeladas também são observadas no espaço, como gelo de dióxido de carbono, ou "gelo seco".) Em 2008, dados do Telescópio Espacial Spitzer, aposentado da NASA, sugeriram a possibilidade de água congelada neste sistema.

“Webb detectou inequivocamente não apenas gelo de água, mas gelo de água cristalino, que também é encontrado em locais como os anéis de Saturno e corpos gelados no Cinturão de Kuiper do nosso sistema solar ”, disse Chen Xie, principal autor do novo artigo e cientista assistente de pesquisa na Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland.

Toda a água congelada detectada por Webb está associada a finas partículas de poeira espalhadas pelo disco — como pequenas "bolas de neve sujas". Os resultados foram publicados na quarta-feira na revista Nature .

Os astrônomos aguardam esses dados definitivos há décadas. "Quando eu era estudante de pós-graduação, há 25 anos, meu orientador me disse que deveria haver gelo nos discos de detritos, mas antes do Webb, não tínhamos instrumentos sensíveis o suficiente para fazer essas observações", disse Christine Chen, coautora e astrônoma do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial em Baltimore. "O mais impressionante é que esses dados se parecem com outras  observações recentes do telescópio de objetos do Cinturão de Kuiper em nosso próprio sistema solar."

O gelo de água é um ingrediente vital nos discos ao redor de estrelas jovens — ele influencia fortemente a formação de planetas gigantes e também pode ser transportado por corpos pequenos, como cometas e asteroides, para planetas rochosos totalmente formados. Agora que os pesquisadores detectaram gelo de água com o Webb, eles abriram a porta para que todos os pesquisadores estudem como esses processos se desenvolvem de novas maneiras em muitos outros sistemas planetários.

Rochas, poeira e gelo correndo ao redor

A estrela, catalogada como HD 181327, é significativamente mais jovem que o nosso Sol. Estima-se que tenha 23 milhões de anos, em comparação com os 4,6 bilhões de anos do Sol, que é mais maduro. A estrela é ligeiramente mais massiva que o Sol e mais quente, o que levou à formação de um sistema ligeiramente maior ao seu redor. 

As observações de Webb confirmam uma lacuna significativa entre a estrela e seu disco de detritos — uma ampla área livre de poeira. Mais distante, seu disco de detritos é semelhante ao Cinturão de Kuiper do nosso Sistema Solar, onde planetas anões, cometas e outros fragmentos de gelo e rocha são encontrados (e às vezes colidem uns com os outros). Bilhões de anos atrás, nosso Cinturão de Kuiper provavelmente era semelhante ao disco de detritos desta estrela.

“HD 181327 é um sistema muito ativo”, disse Chen. “Há colisões regulares e contínuas em seu disco de detritos. Quando esses corpos gelados colidem, eles liberam minúsculas partículas de gelo de água empoeirado, com tamanho perfeito para o Webb detectar.”

Água congelada — quase em todo lugar

O gelo de água não está distribuído uniformemente por todo o sistema. A maior parte se encontra onde é mais frio e mais distante da estrela. "A área externa do disco de detritos consiste em mais de 20% de gelo de água", disse Xie.

Quanto mais os pesquisadores observavam, menos gelo de água encontravam. Próximo ao centro do disco de detritos, Webb detectou cerca de 8% de gelo de água. Aqui, é provável que partículas de água congelada sejam produzidas um pouco mais rápido do que destruídas. Na área do disco de detritos mais próxima da estrela, Webb detectou quase nenhuma. É provável que a luz ultravioleta da estrela vaporize as partículas de gelo de água mais próximas. Também é possível que rochas conhecidas como planetesimais tenham "preso" água congelada em seu interior, o que Webb não consegue detectar.

Esta equipe e muitos outros pesquisadores continuarão a procurar — e estudar — gelo de água em discos de detritos e sistemas planetários em formação ativa em toda a nossa galáxia, a Via Láctea. "A presença de gelo de água ajuda a facilitar a formação de planetas", disse Xie. "Materiais gelados também podem, em última análise, ser 'entregues' a planetas terrestres que podem se formar ao longo de algumas centenas de milhões de anos em sistemas como este."

Os pesquisadores observaram HD 181327 com o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb , que é supersensível a partículas de poeira extremamente fracas que só podem ser detectadas do espaço.

Webbtelescope.org