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Os tipos de colisões dentro de sistemas estelares jovens conhecidos como discos de detritos extremos são relevantes para a compreensão dos cientistas sobre nosso próprio sistema solar, que se acredita ter passado por eventos de impacto semelhantes que criaram nossa Lua e moldaram o estado inicial da Terra.
No início da história do nosso sistema solar, os cientistas teorizam que um objeto do tamanho de Marte chamado Theia colidiu com a Terra ainda em formação, vaporizando enormes quantidades de rocha e lançando-as ao espaço. Parte desse material se consolidou na Lua, para onde o programa Artemis da NASA está levando humanos de volta, preparando o caminho para Marte e moldando o futuro da exploração espacial.
Aquela colisão violenta, ocorrida há muito tempo, remodelou nosso planeta natal. Astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA para examinar uma classe de sistemas estelares jovens que mostram sinais de convulsões semelhantes, fornecendo pistas sobre a quantidade de energia envolvida em suas colisões. Os resultados oferecem percepções sobre a composição e a evolução desses sistemas caóticos.
As descobertas da equipe foram publicadas na quinta-feira na The Astrophysical Journal.
Imagem: Disco de Detritos Extremo (Conceito Artístico)
Arte: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
O ambiente ao redor de uma estrela muda à medida que ela envelhece, começando com um disco protoplanetário jovem e rico em gás, onde planetas em formação podem residir, antes de evoluir para um disco de detritos pobre em gás. Durante sua vida útil de missão, o aposentado Telescópio Espacial Spitzer da NASA examinou o estágio de disco de detritos e descobriu uma subclasse chamada discos de detritos extremos. Esses sistemas abrigam quantidades incomumente grandes de poeira quente perto da estrela, na região comparável a onde os planetas rochosos orbitam em nosso sistema solar. Uma equipe de astrônomos liderada por Kate Su, do Space Science Institute em Boulder, Colorado, investigou esses objetos intrigantes com o Webb.
Ao contrário das previsões teóricas, que sugerem que deveríamos observar muitos discos de detritos extremos, as observações indicam que esses ambientes são raros. Os cientistas estimam que apenas cerca de 1% das estrelas jovens mostram assinaturas observáveis dessa fase com base nos dados coletados até agora, incluindo possivelmente nosso próprio sistema solar durante sua formação. Apesar de sua raridade, a equipe conseguiu compilar uma amostra de 21 discos de detritos extremos, incluindo cinco dos dados de arquivo do Spitzer e 16 do Webb, com 12 discos recém-observados e observações de acompanhamento em quatro dos discos do Spitzer.
“Esta é a primeira vez que reunimos sistemas suficientes para realmente entender essa subclasse que chamamos de discos de detritos extremos”, disse Su, autora principal do artigo. “Antes do Webb, tínhamos informações limitadas. Sabíamos que eles são estranhos e muito diferentes dos discos de detritos frios típicos que conhecemos, como Vega e Fomalhaut. Agora que temos mais dados, podemos determinar o que esses discos representam para a formação e evolução planetária.”
A equipe confirmou que os discos de detritos extremos compartilham três propriedades-chave: grãos de poeira menores do que os encontrados em discos protoplanetários ou discos de detritos clássicos, uma alta concentração de poeira quente e variações irregulares de brilho, todas reveladas pelos espectros de infravermelho médio do Webb e do Spitzer.
Para determinar o fator determinante dessas qualidades, a equipe estudou a composição mineralógica dos discos. Eles descobriram que sua amostra podia ser categorizada em discos ricos em sílica e discos pobres em sílica. O vidro vulcânico, como a obsidiana, é um exemplo de material rico em sílica encontrado na Terra, enquanto o mineral pobre em sílica forsterita aparece como grãos de areia verdes em algumas praias do Havaí. A categoria de um disco de detritos extremo transmite informações sobre o tipo de colisões que produzem os detritos de impacto e pode ajudar a explicar sua variabilidade no brilho infravermelho.
“Apenas ver sua emissão no infravermelho médio e as belas características espectrais com o Webb, o que nos permitiu identificar suas composições, foi a coisa mais empolgante para mim”, disse Agnes Kospal, do Observatório Konkoly em Budapeste, Hungria, e coautora do estudo. “Não temos outra forma de estudar esses embriões planetários diretamente porque eles são pequenos demais.”
Da amostra, cerca de um terço é rico em sílica, sugerindo que esses discos são produzidos por impactos de alta energia entre corpos do tamanho de Marte, onde uma parcela significativa do material é vaporizada. Os dois terços restantes da amostra são pobres em sílica, indicando que as colisões ocorrem em escalas menores, como colisões de raspão, entre objetos do tamanho da Lua. Discos ricos em sílica são encontrados apenas ao redor de estrelas com menos de 300 milhões de anos, enquanto os discos pobres em sílica persistem ao longo de uma ampla gama de idades e frequentemente mostram maior variabilidade de brilho. A equipe propõe que essa variabilidade é impulsionada pela rápida evolução de detritos recentes por meio de mudanças orbitais e impactos adicionais.
Suas descobertas podem ser aplicadas ao nosso próprio sistema solar, que pode ter passado por mais de uma fase de disco de detritos extremo.
“Como os planetas rochosos se formaram e como os planetas gigantes evoluíram fazem parte da história mais ampla da formação do sistema solar. É tudo uma única história”, disse Su. “Nosso trabalho sobre discos de detritos extremos nos ajuda a reunir o panorama geral do que atualmente compreendemos.”
Imagem: Composição dos Discos de Detritos Extremos ao Longo do Tempo
Simulações sugerem que planetas terrestres, como a Terra, devem se formar nos primeiros poucos centenas de milhões de anos da formação de um sistema solar. Esse período se encaixa com as idades dos discos de detritos extremos ricos em sílica observados até agora e está alinhado com a estimativa de que a Terra e a Lua se formaram cerca de 100 milhões de anos após a formação do Sol, sendo que a Lua provavelmente é resultado de uma colisão entre a Terra e um objeto do tamanho de Marte.
Quanto à possibilidade de nosso Sol ter passado por uma fase de disco extremo pobre em sílica, se os discos pobres em sílica mais antigos e seus intervalos aleatórios de brilho infravermelho realmente refletem instabilidade orbital, isso seria amplamente consistente com a hipótese do Grande Bombardeio Tardio para nosso sistema solar. Nesse cenário, os planetas gigantes gasosos migraram distâncias significativas, perturbando gravitacionalmente as órbitas de corpos menores e desencadeando colisões catastróficas que geraram as fases curtas e ricas em poeira observadas nos discos de detritos extremos.
“É claro que ainda há muitas coisas que não sabemos sobre esses discos”, disse Attila Moor, do Observatório Konkoly, coautor do estudo. “Não esperamos encontrar sistemas ricos em sílica entre os discos de detritos extremos mais antigos. Temos apenas três discos em nossa amostra que se enquadram nesse critério de idade, então será bom observar mais desses sistemas para confirmar nossa hipótese.”
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. O Webb está solucionando mistérios em nosso sistema solar, olhando além dele para mundos distantes ao redor de outras estrelas, e investigando as estruturas misteriosas e as origens de nosso universo e nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).
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Fonte original: science.nasa.gov
