Dados do telescópio Webb da NASA apoiam ideias sobre a formação planetária

Mais Zoom / Imagem de um disco de formação planetária, com lacunas entre áreas de alta densidade.

De onde vêm os planetas? Todo o processo pode ficar complicado. Os embriões planetários às vezes encontram obstáculos de desenvolvimento que os deixam como asteróides ou núcleos planetários nus. Mas pelo menos uma questão sobre a formação planetária foi finalmente respondida: como se consegue água.

Durante décadas, as teorias de formação planetária continuaram a sugerir que os planetas recebem água de fragmentos de rochas cobertas de gelo que se formam nas regiões exteriores congeladas dos discos protoplanetários, onde a luz e o calor da estrela do sistema emergente não têm a intensidade necessária para derreter o gelo. . Quando a fricção do gás e da poeira no disco move essas pedras para dentro em direção à estrela, elas trazem água e outros tipos de gelo para os planetas depois de cruzarem a linha de neve, onde as coisas aquecem o suficiente para que o gelo seja soprado e libere grandes quantidades de água. vapor. Tudo isso foi assumido até agora.

O Telescópio James Webb da NASA observou agora evidências inovadoras dessas ideias ao obter imagens de quatro jovens discos protoplanetários. O telescópio usou seu Espectrômetro de Média Resolução (MRS) do Web Instrument for the Middle Infrared (MIRI) para coletar esses dados, porque são particularmente sensíveis. ao vapor de água. Webb descobriu que em dois destes discos, enormes quantidades de vapor de água fria apareceram além da linha da neve, confirmando que o gelo que sobe dos seixos congelados poderia de facto levar água a planetas como o nosso.

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No limite

Webb estava de olho em quatro discos protoplanetários que têm apenas 2 ou 3 milhões de anos e se formam em torno de estrelas semelhantes ao Sol. Desses discos, dois eram compactos, enquanto os outros eram maiores, com múltiplas lacunas cruzando o disco. A equipe de pesquisa por trás desta pesquisa queria saber se a água foi trazida para o disco interno através da sublimação do gelo em seixos que haviam flutuado para dentro a partir das bordas do disco. Eles também estavam tentando descobrir se isso acontece de forma mais eficiente em discos compactos ou maiores.

Estudos anteriores utilizando o Telescópio Espacial Spitzer da NASA e o ALMA encontraram alguns dados que sugerem que a deriva do cascalho das partes exteriores para as partes interiores do disco, juntamente com a subsequente evaporação do gelo, é possível. Infelizmente, os dados não eram claros devido à sua baixa precisão; As linhas espectrais que identificaram a presença de água estavam borradas. A resolução mais alta de Webb foi capaz de separar essas linhas para que ficassem mais claras e mostrassem os espectros de água quente e fria.

Os investigadores de Webb procuravam água fria, o que poderia indicar gelo sublimado, confirmando ideias anteriores sobre a deriva de cascalho congelado. A água quente no disco não pode ir mais longe como prova, porque provavelmente significa que a deriva e a sublimação já ocorreram, e que o vapor de água resultante foi agora aquecido pela estrela do sistema planetário nascente.

Da pedra ao planeta

Nos discos maiores, ele descobriu que os seixos congelados nos sistemas maiores tinham dificuldade em passar pelas lacunas. Freqüentemente, eles são pegos por outros materiais flutuando em uma lacuna e permanecem presos ali, em vez de continuarem a flutuar para dentro. Eles também tendem a encontrar armadilhas de pressão, ou áreas de aumento de pressão que fazem com que se acumulem, o que não os impede exatamente de se separarem, mas atua como um redutor de velocidade cósmico. Embora algum vapor de água fria tenha sido detectado nestes discos, não havia uma quantidade significativa de vapor na linha de neve que a equipe procurava.

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As notas do CD foram um grande avanço. Os dados enviados por Webb mostraram que, embora houvesse espectros indicando emissões de vapor de água mais quente no interior do disco, havia também um excesso de emissões de vapor de água fria no exterior da linha de neve. A partir daqui, o vapor d’água se move para as partes internas do disco.

“A deriva e o aprisionamento de seixos fornecem um processo natural essencial para a conectividade em larga escala entre as regiões internas e externas do disco, o que pode explicar o excesso de água fria revelado pelo MIRI nos CDs analisados ​​neste trabalho”, disseram os pesquisadores em um estudo recente. . Publicado em Cartas de diários astrofísicos.

Então, o que acontece a partir daí? Eventualmente, os seixos à deriva sem gelo irão colidir uns com os outros até começarem a acumular-se para formar o que pode eventualmente se tornar um planeta. Este hipotético planeta poderá mais tarde ser alimentado por vapor de água e, daqui a milhares de milhões de anos, poderá tornar-se outra Terra. Talvez já existam análogos para o nosso planeta. Talvez eles ainda não tenham se formado.

The Astrophysical Journal Letters, 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/acf5ec

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