Telescópio Espacial Webb da NASA detecta vapor d’água na região da Formação do Planeta Rochoso

O conceito deste artista retrata a estrela PDS 70 e seu disco protoplanetário interno. Novas medições do Telescópio Espacial James Webb da NASA revelaram vapor de água a distâncias inferiores a 160 milhões de quilômetros da estrela – a região onde os planetas rochosos e terrestres podem se formar. Esta é a primeira detecção de água na região terrestre de um disco já conhecido por hospedar dois ou mais protoplanetas, um dos quais é mostrado no canto superior direito. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

A descoberta mostra que existe um reservatório de água disponível para planetas terrestres que podem coalescer ali.

Água, água, em todos os lugares – não em gotas, mas como vapor. cientistas usando NASAde Telescópio Espacial James Webb Eles descobriram que os planetas sedentos do sistema PDS 70 têm acesso a um reservatório de água. Mais importante ainda, o vapor d’água foi encontrado a 160 milhões de quilômetros da estrela – a região onde planetas terrestres como a Terra podem se formar. (A Terra orbita cerca de 93 milhões de milhas do nosso sol.)

PDS 70 é muito mais frio que o nosso Sol, com uma idade estimada de 5,4 milhões de anos. É o lar de dois planetas gigantes gasosos conhecidos, pelo menos um dos quais ainda está acumulando material e crescendo. Esta é a primeira detecção de água na região terrestre de um disco já conhecido por hospedar dois ou mais protoplanetas.

O espectro do disco protoplanetário de PDS 70, obtido com o MIRI (instrumento de infravermelho médio) de Webb, exibe várias linhas de emissão de vapor d’água. Os cientistas determinaram que a água está presente no disco interno do sistema, a distâncias inferiores a 160 milhões de quilômetros da estrela – a região onde os planetas rochosos e terrestres podem se formar. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

O Telescópio Espacial Webb detecta vapor de água na região de formação do planeta rochoso

A água é essencial para a vida como a conhecemos. No entanto, como a água chegou à Terra e se os mesmos processos poderiam semear as sementes de exoplanetas rochosos que orbitam estrelas distantes permanecem assuntos de debate científico. Essas discussões podem se beneficiar de novos insights do sistema planetário PDS 70, localizado a 370 anos-luz de distância. Este sistema estelar inclui um disco interno e externo de gás e poeira, separados por um intervalo de 5 bilhões de milhas (ou 8 bilhões de quilômetros). Dois planetas gigantes gasosos conhecidos residem dentro dessa lacuna.

Novos dados, coletados pelo MIRI (instrumento de infravermelho médio) do Telescópio Espacial James Webb da NASA, revelaram vapor de água no disco interno do sistema, a distâncias inferiores a 100 milhões de milhas (160 milhões de quilômetros) da estrela – a região onde os planetas rochosos e terrestres podem se formar. (A Terra orbita cerca de 93 milhões de milhas do nosso sol.) Deve-se notar que esta é a primeira vez que a água foi detectada na região terrestre de um disco que já foi confirmado para hospedar dois ou mais protoplanetas.

“Vimos água em outros discos, mas não tão perto de um sistema onde os planetas estão se agrupando atualmente. Não conseguimos fazer esse tipo de medição antes do Webb”, disse a principal autora Giulia Perotti, do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) em Heidelberg, Alemanha.

“Esta descoberta é muito empolgante, pois explora a região em que os planetas rochosos semelhantes à Terra geralmente se formam”, acrescentou o diretor do MPIA, Thomas Henning, coautor do artigo. Henning é o co-investigador principal do programa MIRI (Mid-Infrared Disk Survey) de Webb, que fez a detecção, e o investigador principal do programa MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey), que obteve os dados.

Ambiente húmido para a formação do planeta

PDS 70 é uma estrela do tipo K, muito mais fria que o nosso Sol, com uma idade estimada de 5,4 milhões de anos. Isso é relativamente antigo em termos de estrelas com discos formadores de planetas, o que tornou surpreendente a descoberta do vapor d’água.

Com o tempo, o conteúdo de gás e poeira dos discos formadores de planetas diminui. Ou a radiação da estrela central e os ventos sopram esse material, ou a poeira cresce em corpos maiores que eventualmente formam planetas. Como estudos anteriores falharam em detectar água nas regiões centrais de discos de idade semelhante, os astrônomos suspeitaram que ela não sobreviveria à forte radiação estelar, levando a um ambiente seco para a formação de quaisquer planetas rochosos.

Os astrônomos ainda não detectaram nenhum planeta se formando dentro do disco interno do PDS 70. No entanto, eles veem a matéria-prima para a construção de mundos rochosos na forma de silicatos. A descoberta do vapor d’água sugere que, se planetas rochosos estivessem se formando ali, eles teriam água disponível desde o início.

Encontramos uma quantidade bastante grande de pequenos grãos de poeira. Além de nossa descoberta de vapor d’água, o disco interno é um lugar muito emocionante para se estar, disse o co-autor Renz Waters, da Radboud University, na Holanda.

Qual a origem da água?

Esta descoberta levanta a questão da origem da água. A equipe do MINDS analisou dois cenários diferentes para explicar suas descobertas.

Uma possibilidade é que as moléculas de água se formem no local, conforme as detectamos, quando os átomos de hidrogênio e oxigênio se recombinam. Uma segunda possibilidade é que as partículas de poeira incrustadas de gelo se movam do disco externo frio para o disco interno quente, onde o gelo de água sublima e se transforma em vapor. Esse sistema de transporte seria surpreendente, já que a poeira teria que atravessar o enorme abismo formado pelos dois planetas gigantes.

Outra questão levantada por esta descoberta é como a água pode sobreviver tão perto de uma estrela, quando a luz ultravioleta da estrela deve quebrar todas as moléculas de água. Provavelmente, os materiais circundantes, como poeira e outras partículas de água, atuam como um escudo protetor. Como resultado, a água detectada no disco interno do PDS 70 pode escapar da destruição.

Por fim, a equipe usará dois outros instrumentos Webb, NIRCam (Near Infrared Camera) e NIRSpec (Near Infrared Spectrometer), para estudar o PDS 70 em um esforço para obter uma maior compreensão.

Essas observações foram feitas como parte da Observação de Tempo Garantido 1282. Essa descoberta foi publicada na revista natureza.

Referência: “Water in the planet-forming region of PDS 70” por G. Perotti, V. Christiaens, Th. Henning, P. Tabone, LBFM Waters, I. Camp, J. Olofsson, SL Grant, D. Gasman, J. Bowman, M. Samland, Franceschi R, EF Van Dishoek, K. Schwartz, M. Goodell, P.-O. Lagage, T. P. Ray, B. Vandenbussche, A. Abergel, O. Absil, A. M. Arabhavi, I. Argyriou, D. Barrado, A. Boccaletti, A. Caratti o Garatti, V. Geers, A. M. Glauser, K. Justannont, F. Lahuis, M. Onn, N. natureza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06317-9

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. Webb resolve mistérios em nosso sistema solar, olha além para mundos distantes ao redor de outras estrelas e investiga estruturas misteriosas e as origens do universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com sua parceira, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadense.