Webb estuda disco de formação lunar ao redor de planeta massivo

O disco oferece uma visão de como as luas de gigantes gasosos do sistema solar, como Júpiter, podem ter se formado.

Uma representação artística de um disco de poeira e gás que rodeia o jovem exoplaneta CT Cha b, a 625 anos-luz da Terra. Dados espetroscópicos do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA sugerem que o disco contém a matéria-prima para a formação de luas. O planeta aparece em baixo à direita, enquanto a sua estrela hospedeira e o disco protoplanetário circundante são visíveis em segundo plano. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, G. Cugno (Universidade de Zurique, NCCR PlanetS), S. Grant (Instituto Carnegie), J. Olmsted (STScI), L. Hustak (STScI) 

O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA forneceu as primeiras medições diretas das propriedades químicas e físicas de um possível disco de formação lunar que circunda um grande exoplaneta. O disco rico em carbono que circunda o planeta, chamado CT Cha b, localizado a 625 anos-luz da Terra, é um possível local de construção de luas, embora nenhuma lua tenha sido detectada nos dados do Webb.

Nosso Sistema Solar contém oito planetas principais e mais de 400 luas conhecidas orbitando seis desses planetas. De onde vieram todas elas? Existem múltiplos mecanismos de formação. A hipótese de grandes luas, como os quatro satélites galileanos ao redor de Júpiter, é que elas se condensaram a partir de um disco de poeira e gás que circundava o planeta quando ele se formou. Mas isso teria acontecido há mais de 4 bilhões de anos, e há poucas evidências forenses hoje.

Webb forneceu a primeira visão direta do material em um disco ao redor de um grande exoplaneta. Uma equipe internacional de astrônomos descobriu um disco rico em carbono que circunda o planeta, chamado CT Cha b, localizado a 625 anos-luz de distância da Terra.

A jovem estrela que o planeta orbita tem apenas 2 milhões de anos e ainda acumula material circunstelar. No entanto, o disco circunplanetário descoberto por Webb não faz parte do disco de acreção maior ao redor da estrela central. Os dois objetos estão separados por 74 bilhões de quilômetros.

Observar a formação de planetas e luas é fundamental para compreender a evolução dos sistemas planetários em nossa galáxia. As luas provavelmente superam em número os planetas, e algumas podem ser habitats para a vida como a conhecemos. Mas estamos apenas entrando em uma era em que podemos testemunhar sua formação.

Esta descoberta promove uma melhor compreensão da formação de planetas e luas, afirmam os pesquisadores. Os dados de Webb são inestimáveis ​​para fazer comparações com o nascimento do nosso Sistema Solar, há mais de 4 bilhões de anos.

"Podemos ver evidências do disco ao redor da companheira e estudar a química pela primeira vez. Não estamos apenas testemunhando a formação da lua – estamos também testemunhando a formação deste planeta", disse a coautora principal Sierra Grant, da Instituição Carnegie para a Ciência em Washington, D.C., EUA.

“Estamos vendo que material está se acumulando para construir o planeta e as luas”, acrescentou o principal autor Gabriele Cugno, da Universidade de Zurique, na Suíça, e membro do Centro Nacional de Competência em Pesquisa PlanetS.

Dissecando a luz das estrelas

Observações infravermelhas de CT Cha b foram feitas com o MIRI ( Instrumento de Infravermelho Médio ) do Webb, utilizando seu espectrógrafo de média resolução. Uma análise inicial dos dados de arquivo do Webb revelou sinais de moléculas dentro do disco circumplanetário, o que motivou uma análise mais aprofundada dos dados. Como o sinal fraco do planeta está oculto pelo brilho da estrela hospedeira, os pesquisadores tiveram que separar a luz da estrela do planeta usando métodos de alto contraste.

“Vimos moléculas no local do planeta e, portanto, sabíamos que havia algo ali que valia a pena escavar e passar um ano tentando extrair dos dados. Foi preciso muita perseverança ”, disse Grant.

Por fim, a equipe descobriu sete moléculas portadoras de carbono no disco do planeta, incluindo acetileno (C2H2) e benzeno (C6H6). Essa química rica em carbono contrasta fortemente com a química observada no disco ao redor da estrela hospedeira, onde os pesquisadores encontraram água, mas nenhum carbono. A diferença entre os dois discos fornece evidências de sua rápida evolução química ao longo de apenas 2 milhões de anos.

Gênese das luas

Há muito tempo se levanta a hipótese de que um disco circumplanetário de detritos seja o berço das quatro principais luas de Júpiter. Esses satélites galileanos devem ter se condensado a partir desse disco achatado há bilhões de anos, como evidenciado por suas órbitas coplanares em torno de Júpiter. As duas luas galileanas mais externas, Ganimedes e Calisto, são compostas por 50% de água congelada. Mas presume-se que possuam núcleos rochosos, talvez compostos de carbono ou silício.

“Queremos aprender mais sobre como nosso Sistema Solar formou luas. Isso significa que precisamos observar outros sistemas que ainda estão em construção. Estamos tentando entender como tudo funciona”, disse Cugno. “Como essas luas se formam? Quais são os ingredientes? Quais processos físicos estão em jogo e em que escalas de tempo? O Webb nos permite testemunhar o drama da formação lunar e investigar essas questões observacionalmente pela primeira vez.”

No próximo ano, a equipe utilizará o Webb para realizar um levantamento abrangente de objetos semelhantes, a fim de compreender melhor a diversidade de propriedades físicas e químicas nos discos ao redor de planetas jovens.

Os resultados foram publicados hoje no The Astrophysical Journal Letters.

Esawebb.org