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 jovem, vaporizando enormes quantidades de rocha e lançando-as ao espaço. Parte desse material se aglomerou e formou a Lua, para onde o programa Artemis, da NASA, está levando seres humanos de volta, preparando o caminho para Marte e moldando o futuro da exploração espacial.
Essa colisão violenta ocorrida há muito tempo transformou o nosso planeta. Astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb, da NASA, para examinar uma classe de sistemas estelares jovens que apresentam sinais de convulsões semelhantes, fornecendo pistas sobre a quantidade de energia envolvida em suas colisões. Os resultados oferecem insights sobre a composição e a evolução desses sistemas caóticos.
As conclusões da equipe foram publicadas na quinta-feira no The Astrophysical Journal .
Imagem: Disco de Detritos Extremo (Concepção artística)
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 existir, antes de evoluir para um disco de detritos pobre em gás . Durante sua missão, o já aposentado Telescópio Espacial Spitzer , da NASA, examinou a fase do disco de detritos e descobriu uma subclasse chamada discos de detritos extremos. Esses sistemas abrigam quantidades excepcionalmente grandes de poeira quente próxima à estrela, na região comparável àquela 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. Com base nos dados coletados até agora, os cientistas estimam que apenas cerca de 1% das estrelas jovens apresenta sinais observáveis dessa fase, possivelmente incluindo o nosso próprio sistema solar durante sua formação. Apesar de sua raridade, a equipe conseguiu reunir 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 de quatro dos discos do Spitzer.
“Esta é a primeira vez que reunimos sistemas suficientes para compreender de fato essa subclasse que chamamos de discos de detritos extremos”, disse Su, autora principal do artigo. “Antes do Webb, tínhamos informações limitadas. Sabíamos que eles eram estranhos e muito diferentes dos discos de detritos frios típicos que conhecemos, como Vega e Fomalhaut . Agora que temos mais dados, podemos determinar melhor o que esses discos representam para a formação e a evolução dos planetas.”
A equipe confirmou que os discos de detritos extremos compartilham três propriedades principais: 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 no infravermelho médio obtidos pelo Webb e pelo Spitzer.
Para determinar o fator responsável por essas características, a equipe estudou a composição mineralógica dos discos. Descobriu 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 verde em algumas praias do Havaí. A categoria de um disco de detritos extremo fornece informações sobre o tipo de colisões que produz os detritos do impacto e pode ajudar a explicar sua variabilidade no brilho infravermelho.
“Observar sua emissão no infravermelho médio e suas belas características espectrais com o Webb, o que nos permitiu identificar suas composições, foi o mais empolgante para mim”, disse Agnes Kospal, do Konkoly Observatory, em Budapeste, Hungria, e coautora do estudo. “Não temos outra maneira de estudar diretamente esses embriões planetários, porque eles são pequenos demais.”
Cerca de um terço da amostra é rico em sílica, sugerindo que esses discos são produzidos por impactos de alta energia entre corpos do tamanho de Marte, nos quais 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 tangenciais 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 discos pobres em sílica persistem em uma ampla faixa de idades e frequentemente apresentam maior variabilidade de brilho. A equipe propõe que essa variabilidade seja impulsionada pela rápida evolução de detritos recém-formados por meio de mudanças orbitais e impactos adicionais.
As descobertas podem ser aplicadas ao nosso próprio sistema solar, que talvez tenha passado por mais de uma fase de disco de detritos extremo.
“A forma como os planetas rochosos se formaram e os planetas gigantes evoluíram faz 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 compreendemos atualmente.”
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 milhões de anos da formação de um sistema solar. Esse período é compatível com as idades dos discos de detritos extremos ricos em sílica observados até agora e coincide com a estimativa de que a Terra e a Lua se formaram cerca de 100 milhões de anos depois da formação do Sol, sendo a Lua provavelmente o resultado de uma colisão entre a Terra e um objeto do tamanho de Marte.
Quanto à possibilidade de o 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 refletirem instabilidade orbital, isso seria amplamente consistente com a hipótese do Intenso Bombardeio Tardio para o nosso sistema solar. Nesse cenário, os planetas gigantes gasosos migraram por distâncias significativas, perturbando gravitacionalmente as órbitas de corpos menores e desencadeando colisões catastróficas que geraram as fases de curta duração, ricas em poeira, observadas em discos de detritos extremos.
“É claro que ainda há muitas coisas que não sabemos sobre esses discos”, disse Attila Moor, do Konkoly Observatory, coautor do estudo. “Não esperamos encontrar sistemas ricos em sílica entre discos de detritos extremos mais antigos. Temos apenas três discos em nossa amostra que se enquadram nesse critério de idade, portanto será bom observar mais desses sistemas para confirmar nossa hipótese.”
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório espacial de ciência do mundo. O Webb está solucionando mistérios do nosso sistema solar, observando além dele mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigando as estruturas misteriosas, as origens do nosso universo e o nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (European Space Agency) e a CSA (Canadian Space Agency).
Para saber mais sobre o Webb, visite:
https://science.nasa.gov/webb
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Imagens e Vídeos Relacionados
Disco de Detritos Extremo (Concepção artística)
Os tipos de colisões dentro de sistemas estelares jovens conhecidos como discos de detritos extremos são relevantes para a compreensão que os cientistas têm do nosso próprio sistema solar, que, acredita-se, passou por eventos de impacto semelhantes, responsáveis pela criação da nossa Lua e pela definição do estado inicial da Terra.
Composição dos Discos de Detritos Extremos ao Longo do Tempo
Ao investigar as composições dos discos de detritos extremos, os cientistas inferiram que os discos ricos em sílica são produzidos por impactos de alta energia de objetos do tamanho de Marte, enquanto os discos pobres em sílica são criados por eventos menos energéticos envolvendo corpos do tamanho da Lua.
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