Onde fica a linha que divide as estrelas dos planetas mais massivos? Os cientistas pensam que isso possa depender da maneira como se formaram. Terá sido através de um processo ascendente, crescendo gradualmente ao longo do tempo, ou de um processo descendente, no qual uma grande coleção de gás e poeira se fragmenta em pedaços menores, do tamanho de planetas? Os astrónomos utilizaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para estudar um objeto com uma massa cerca de 15 vezes superior à de Júpiter, o que o coloca exatamente na linha divisória entre os dois processos. Descobriram que o objeto, denominado 29 Cygni b, provavelmente se formou de modo ascendente, em vez de descendente. Por outras palavras, formou-se como um planeta, não como uma estrela.

Os planetas, como os do nosso Sistema Solar, formam-se num processo de ascendente, em que pequenos pedaços de rocha e gelo se aglomeram e crescem com o tempo. Mas quanto mais pesado for o planeta, mais difícil é explicar a sua formação dessa forma.

Os astrónomos utilizaram o Telescópio Espacial James Webb para examinar 29 Cygni b, um objeto com cerca de 15 vezes a massa de Júpiter que orbita uma estrela próxima. Encontraram múltiplas linhas de evidência de que 29 Cygni b se formou de facto a partir deste processo ascendente, recolhendo novas informações sobre como os planetas mais massivos surgiram. O artigo científico que descreve estas descobertas foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

Entende-se, de forma geral, que o processo de formação planetária ocorre dentro de gigantescos discos de gás e poeira em torno das estrelas, através de um processo chamado acreção. A poeira aglomera-se em seixos, que colidem e crescem cada vez mais, formando protoplanetas e, eventualmente, planetas. Os maiores, por sua vez, recolhem gás para se tornarem gigantes como Júpiter. Uma vez que a formação de gigantes gasosos demora mais tempo e o disco de material formador de planetas acaba por evaporar-se e desaparecer, os sistemas planetários acabam por ter muito mais planetas pequenos do que planetas grandes.

Em contrapartida, as estrelas formam-se quando uma vasta nuvem de gás se fragmenta e cada pedaço entra em colapso sob a sua própria gravidade, tornando-se cada vez mais pequeno e denso. Teoricamente, um processo de fragmentação semelhante poderia ocorrer também no interior dos discos protoplanetários. Isso poderia explicar por que razão alguns objetos muito massivos são encontrados a milhares de milhões de quilómetros das suas estrelas hospedeiras, em regiões onde o disco protoplanetário deveria ser demasiado rarefeito para que a acreção ocorresse.

Os astrónomos utilizaram o Telescópio Espacial James Webb para obter imagens diretas de 29 Cygni b, que tem 15 vezes a massa de Júpiter. Encontraram indícios de elementos químicos pesados, como o carbono e o oxigénio, o que sugere fortemente que se formou como um planeta por acreção dentro de um disco protoplanetário, e não como uma estrela por fragmentação O instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb foi utilizado no seu modo coronográfico, o qual simula um eclipse da estrela hospedeira (rotulada com A e marcada com um símbolo de estrela) para revelar o planeta. Esta imagem combina luz de três filtros entre 4 e 5 micrómetros. O planeta é mais brilhante no filtro azul, depois no verde e, por fim, no vermelho, pelo que aparece como um ponto esbranquiçado na composição de cores. Se o dióxido de carbono não estivesse presente, o planeta pareceria visivelmente mais vermelho Nesta imagem, a cor azul é atribuída à luz de 4,1 micrómetros, a verde à luz de 4,3 micrómetros e a vermelha à luz de 4,6 micrómetros. Crédito: NASA, ESA, CSA, W. Balmer (JHU, STScI), L. Pueyo (STScI); processamento de imagem - A. Pagan (STScI)

29 Cygni b situa-se na linha divisória entre o que pode ser explicado por estes dois mecanismos diferentes. Tem 15 vezes a massa de Júpiter e orbita a sua estrela a uma distância média de 2,4 mil milhões de quilómetros, aproximadamente a mesma distância que Úrano no nosso Sistema Solar. A equipa de investigação escolheu-o como alvo porque poderia potencialmente resultar de qualquer um dos dois processos.

O programa de observação da equipa científica utilizou o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb no seu modo coronográfico para captar imagens diretas de 29 Cygni b. Este planeta foi o primeiro de quatro objetos alvo do programa, todos os quais se sabe que têm massas entre 1 e 15 vezes a de Júpiter. A equipa também exigiu que os seus alvos orbitassem até cerca de 15 mil milhões de quilómetros das suas estrelas.

Os planetas são todos jovens e ainda quentes devido à sua formação, com temperaturas que variam entre cerca de 530 e 1000 graus Celsius. Isto garantiria que a química atmosférica fosse semelhante à dos planetas do sistema HR 8799, que a equipa já tinha estudado anteriormente.

Ao escolher filtros adequados, a equipa conseguiu procurar sinais de luz absorvida pelo dióxido de carbono (CO₂) e pelo monóxido de carbono (CO), o que lhes permitiu determinar a quantidade desses elementos químicos mais pesados, que os astrónomos designam coletivamente por metais.

Encontraram fortes indícios de que 29 Cygni b é rico em metais em relação à sua estrela hospedeira, que é semelhante ao nosso Sol em termos de composição. Dada a massa do planeta, a quantidade de elementos pesados que contém é equivalente a cerca de 150 Terras. Isto sugere que acretou grandes quantidades de sólidos ricos em metais a partir de um disco protoplanetário.

A equipa também utilizou uma rede de telescópios óticos terrestres chamada CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) para determinar se a órbita do planeta está alinhada com a rotação da estrela. Confirmaram esse alinhamento, o que seria de esperar para um objeto que se formou a partir de um disco protoplanetário.

Em conjunto, estas evidências sugerem fortemente que 29 Cygni b se formou dentro de um disco protoplanetário através da rápida acreção de material rico em metais. À medida que a equipa recolhe dados sobre os outros três alvos do seu programa, planeia procurar indícios de diferenças de composição entre os planetas de menor massa e os de maior massa. Isto deverá proporcionar novos conhecimentos sobre os seus mecanismos de formação.

// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

29 Cygni b (também conhecida como HIP 99770 b):
NASA
Exoplanet.eu
Wikipedia

Objeto subestelar:
Wikipedia

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu

JWST (Telescópio Espacial James Webb):
NASA
STScI
STScI (website para o público)
ESA
ESA/Webb
Wikipedia
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Blog do JWST (NASA)
NIRISS (NASA)
NIRCam (NASA)
MIRI (NASA)
NIRSpec (NASA)

CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy):
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