Viva muito e prospere: imagens do JWST NGC 346

Esta imagem infravermelha mostra que os planetas no universo primitivo não se formaram tão rapidamente quanto os teóricos pensavam

 A Câmera de Infravermelho Próximo do JWST capturou a estrutura de NGC 346, um aglomerado estelar pobre em metais na Pequena Nuvem de Magalhães que imita aqueles do universo primordial. Os discos de formação planetária no aglomerado podem sobreviver por 30 milhões de anos, mais tempo do que os cientistas imaginavam ser possível. Crédito: NASA, ESA, CSA, STSCI, A. PAGAN (STSCI) 

Como chegamos aqui? Poucos tópicos em astronomia nos intrigam mais do que esta simples pergunta de cinco palavras. No entanto, a simplicidade esconde múltiplas camadas de complexidade. Como o universo surgiu? Como as estrelas se formaram a partir de uma mistura inicial composta principalmente de hidrogênio e hélio? Como os planetas cresceram nos discos de poeira que cercam essas estrelas? E mesmo as respostas a essas perguntas não conseguem explicar como a vida e a inteligência surgiram.

Quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) iniciou sua missão, os cientistas esperavam que ele esclarecesse a etapa fundamental da formação planetária. Missão cumprida. Uma equipe de cientistas encontrou evidências convincentes de que os planetas nos primórdios do cosmos se desenvolveram ao longo de períodos surpreendentemente longos.

Antes do JWST, os astrônomos estudavam principalmente as regiões de formação estelar da Via Láctea com composições semelhantes à do Sol. Essas observações mostraram que os discos de formação planetária não duram muito mais do que 2 milhões de anos. Não é muito tempo para que grãos de poeira se unam, se aglutinem em pequenas rochas e criem núcleos massivos que poderiam se transformar em corpos do tamanho de planetas.

E essas descobertas não explicavam a maioria das estrelas do universo, que se formaram bilhões de anos atrás. A poeira era escassa porque poucos elementos mais pesados ​​que o hélio, o que os astrônomos chamam de metais, existiam naquela época. Os teóricos acreditavam que a ausência de poeira permitiria que a emissão de raios X de uma estrela soprasse para longe qualquer disco em cerca de um milhão de anos.

O Hubble fotografou a NGC 346 há cerca de duas décadas. Este retrato em luz visível mostra mais estrelas e nebulosidade do que a imagem do JWST do mesmo aglomerado (à direita). O campo do Hubble é ligeiramente menor que o do JWST. Crédito: NASA, ESA, A. NOTA (STSCI/ESA)

Um choque de Hubble

Mas o Telescópio Espacial Hubble levantou sérias questões sobre esse cenário. Em 2003, ele descobriu um planeta com 2,5 vezes a massa de Júpiter orbitando um binário estrela de nêutrons-anã branca no aglomerado globular M4 da Via Láctea. Esses aglomerados têm poucos metais e, ainda assim, de alguma forma, um deles conseguiu formar um planeta massivo.

Mais tarde naquela década, o Hubble estudou o jovem aglomerado estelar NGC 346 na Pequena Nuvem de Magalhães (PME), uma galáxia companheira da Via Láctea localizada a cerca de 200.000 anos-luz de distância. Embora próxima, a PME ostenta uma metalicidade de apenas cerca de um oitavo da do Sol, imitando o que os cientistas encontraram em tempos cósmicos muito anteriores. O Hubble encontrou cerca de 200 estrelas de aglomerados com até 30 milhões de anos que pareciam possuir discos formadores de planetas.

JWST prova o ponto

“As descobertas do Hubble foram controversas, contrariando não apenas as evidências empíricas em nossa galáxia, mas também os modelos atuais”, disse o líder da equipe, Guido De Marchi, do Centro Europeu de Pesquisa e Tecnologia Espacial em Noordwijk, Holanda, em um comunicado à imprensa. No entanto, o JWST confirmou os resultados do Hubble. Os cientistas usaram o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo do JWST para estudar 10 estrelas semelhantes ao Sol, com idades entre 20 milhões e 30 milhões de anos, em NGC 346. Os espectros — os primeiros de estrelas semelhantes ao Sol em uma galáxia externa — revelaram hidrogênio molecular, confirmando a existência de discos circunstelares.

“Com o Webb, temos uma confirmação realmente forte do que vimos com o Hubble”, disse De Marchi. “Precisamos repensar como modelamos a formação planetária e a evolução inicial no universo jovem.” A equipe divulgou seus resultados na edição de 20 de dezembro de 2024 do The Astrophysical Journal .

Os astrônomos agora podem respirar mais aliviados sabendo que os planetas têm mais tempo para se desenvolver em torno de estrelas com baixa metalicidade do que em regiões próximas da Via Láctea. Uma possibilidade que os pesquisadores sugerem é que estrelas em regiões pobres em metais começam a vida em nuvens de gás maiores, que produzem discos maiores.

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