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Um estudo liderado por pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego, utilizando dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA, parece ter desvendado um antigo mistério astronômico: como se formam os planetas gigantes e massivos em outros sistemas estelares.
Publicada na revista Nature Astronomy, a pesquisa analisou o sistema estelar HR 8799, localizado a 133 anos-luz de distância na constelação de Pégaso, e revelou que esses mundos titânicos, com cinco a 10 vezes a massa de Júpiter, provavelmente se formam pelo mesmo processo de “acreção de núcleo” que criou os gigantes do Sistema Solar. Isso contraria estudos anteriores, que sugeriam que mundos tão grandes só poderiam se formar por colapso direto do gás.
Em resumo:
- O Telescópio Espacial James Webb detectou enxofre nas atmosferas dos exoplanetas do sistema HR 8799, um elemento crucial para a compreensão de sua origem;
- A presença de enxofre indica que esses planetas supermassivos se formaram por “acreção de núcleo”, onde um núcleo sólido cresce gradualmente e, então, atrai grandes volumes de gás;
- Essa conclusão contraria modelos antigos que sugeriam que planetas tão massivos, e orbitando a distâncias tão grandes (de 15 a 70 vezes a distância Terra-Sol), não teriam tempo de se formar por acreção de núcleo;
- A sensibilidade e a alta resolução do JWST permitiram a detecção de moléculas raras e detalhes atmosféricos antes inatingíveis, revolucionando o estudo dos exoplanetas.
Investigando a origem dos planetas no sistema HR 8799
Por muito tempo, a astronomia debatia dois principais modelos para a formação de gigantes gasosos: a acreção de núcleo e a instabilidade gravitacional. Enquanto a acreção de núcleo envolve um crescimento lento de um núcleo sólido que, por fim, acumula gás, a instabilidade gravitacional propõe um colapso rápido de uma nuvem de gás em um objeto massivo, semelhante à formação de anãs marrons, as chamadas “estrelas fracassadas”.
O sistema HR 8799, com seus quatro gigantes gasosos massivos, sempre foi um enigma que desafiava essas teorias. Seus planetas, que orbitam a distâncias extremas, pareciam não ter tempo suficiente para crescer tanto via acreção de núcleo.
A virada veio com o poder do JWST. Anteriormente, astrônomos usavam a espectroscopia – a análise da luz para determinar a composição e propriedades físicas – para medir água e monóxido de carbono. No entanto, esses elementos voláteis não se mostraram ideais para discernir a origem planetária.
A nova abordagem focou em elementos refratários, como o enxofre, que estão presentes apenas em estado sólido no disco protoplanetário que dá origem aos planetas. A detecção de enxofre, portanto, é uma evidência forte do processo de acreção de núcleo.
Jean-Baptiste Ruffio, pesquisador da UC San Diego e um dos coautores do artigo, comentou em um comunicado sobre a importância da descoberta. “Com sua sensibilidade sem precedentes, o JWST está possibilitando o estudo mais detalhado das atmosferas desses planetas, fornecendo pistas sobre seus mecanismos de formação. Com a detecção de enxofre, podemos inferir que os planetas do sistema HR 8799 provavelmente se formaram de maneira semelhante a Júpiter, apesar de serem de cinco a dez vezes mais massivos, o que foi inesperado.”
Exoplanetas mostram evidências de formação semelhante a Júpiter
Com apenas 30 milhões de anos, o sistema HR 8799 é relativamente jovem, o que facilita seu estudo espectroscópico, pois planetas mais jovens são mais quentes e luminosos. Porém, a descoberta não foi simples. Esses exoplanetas são cerca de 10.000 vezes menos brilhantes que sua estrela hospedeira. Ruffio precisou desenvolver novas técnicas de análise de dados para extrair o fraco sinal dos planetas.
Jerry Xuan, da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA), por sua vez, criou modelos atmosféricos detalhados para confirmar a presença de enxofre. “A qualidade dos dados do JWST é verdadeiramente revolucionária e as grades dos modelos atmosféricos existentes simplesmente não eram adequadas”, afirmou Xuan. “Para capturar completamente o que os dados nos diziam, refinei iterativamente a química e a física nos modelos. No final, detectamos várias moléculas nesses planetas — algumas pela primeira vez, incluindo sulfeto de hidrogênio.”
A equipe encontrou evidências claras de enxofre no terceiro planeta, HR 8799 c, e acredita que o elemento está presente nos três planetas internos. A observação de que esses planetas são mais ricos em elementos pesados, como carbono e oxigênio, do que sua estrela, reforça ainda mais a teoria de sua formação planetária.
Quinn Konopacky, professora de Astronomia e Astrofísica da UC San Diego, enfatiza: “Acho que isso demonstra que os modelos mais antigos de acreção de núcleo estão desatualizados. E, dentre os modelos mais recentes, estamos analisando aqueles em que gigantes gasosos podem formar núcleos sólidos muito distantes de suas estrelas.”
Ruffio ressalta que HR 8799 é singular por ser o único sistema fotografado com quatro gigantes gasosos tão massivos, mas a questão sobre o limite máximo de massa para um planeta ainda permanece. “Acho que a questão é: qual o tamanho máximo que um planeta pode ter?”, ele pondera. “Um planeta pode ter 15, 20, 30 vezes a massa de Júpiter e ainda assim ter se formado como um planeta? Onde está a transição entre a formação de um planeta e a formação de uma anã marrom?”
O estudo mostra que, mesmo para mundos muito maiores que Júpiter, processos semelhantes aos do nosso Sistema Solar podem estar em ação. Cada nova descoberta ajuda a redefinir os modelos de formação planetária, mostrando que o Universo ainda guarda surpresas e mistérios para desvendar.