O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA captou imagens diretas de múltiplos planetas gigantes gasosos num sistema planetário icónico. HR 8799, um sistema jovem a 130 anos-luz de distância, é desde há muito um alvo chave para estudos de formação planetária.

As observações indicam que os planetas bem estudados de HR 8799 são ricos em dióxido de carbono. Isto fornece fortes evidências de que os quatro planetas gigantes do sistema se formaram tal como Júpiter e Saturno, construindo lentamente núcleos sólidos que atraem gás do interior de um disco protoplanetário.

Os resultados também confirmam que o Webb pode inferir a química das atmosferas de exoplanetas através de imagens. Esta técnica complementa os poderosos instrumentos espetroscópicos do Webb, que determinam a composição atmosférica.

"Ao detetar estas fortes características de dióxido de carbono, mostrámos que existe uma fração considerável de elementos mais pesados, como o carbono, o oxigénio e o ferro, nas atmosferas destes planetas", disse William Balmer, da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, EUA. "Dado o que sabemos sobre a estrela que orbitam, isso indica que se formaram por acreção do núcleo, o que é uma conclusão empolgante para planetas que podemos ver diretamente".

Balmer é o autor principal do estudo que anuncia os resultados publicados na revista The Astronomical Journal. A análise de Balmer e da sua equipa inclui também a observação, pelo Webb, de um sistema a 97 anos-luz de distância chamado 51 Eridani.

O NIRCam (Near-Infrared Camera) do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA captou esta imagem de Eridani 51 b, um exoplaneta jovem e frio que orbita a 17,7 mil milhões de quilómetros da sua estrela. A sua distância é equivalente a uma localização entre as órbitas de Neptuno e Saturno no nosso Sistema Solar. As observações detetaram que o planeta é rico em dióxido de carbono, fornecendo fortes evidências de que o planeta se formou tal como Júpiter e Saturno, construindo lentamente um núcleo sólido que atraiu gás do interior de um disco protoplanetário. O sistema 51 Eridani está a 96 anos-luz da Terra. Esta imagem inclui filtros que representam a luz de 4,1 micrómetros como vermelho. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)

HR 8799 é um sistema jovem com cerca de 30 milhões de anos, uma fração dos 4,6 mil milhões de anos do nosso Sistema Solar. Ainda quentes devido à sua formação tumultuosa, os planetas de HR 8799 emitem grandes quantidades de luz infravermelha que fornecem aos cientistas dados valiosos sobre o modo como se formaram.

Os planetas gigantes podem formar-se de duas maneiras: construindo lentamente núcleos sólidos com elementos mais pesados que atraem gás, tal como os gigantes do nosso Sistema Solar, ou quando partículas de gás se aglutinam rapidamente em objetos massivos a partir do disco em arrefecimento de uma estrela jovem, que é feito principalmente do mesmo tipo de material que a estrela. Saber que modelo de formação é mais comum pode dar aos cientistas pistas para distinguir os tipos de planetas que encontram noutros sistemas.

"A nossa esperança com este tipo de investigação é compreender o nosso próprio Sistema Solar, a vida e nós próprios em comparação com outros sistemas exoplanetários, para podermos contextualizar a nossa existência", disse Balmer. "Queremos obter imagens de outros sistemas solares e ver como são semelhantes ou diferentes quando comparados com o nosso. A partir daí, podemos tentar ter uma noção de quão estranho é o nosso Sistema Solar - ou quão normal".

Dos cerca de 6000 exoplanetas descobertos, poucos foram fotografados diretamente, pois mesmo os planetas gigantes são milhares de vezes mais fracos do que as suas estrelas. As imagens de HR 8799 e 51 Eridani foram possíveis graças ao coronógrafo do NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb, que bloqueia a luz de estrelas brilhantes para revelar mundos que de outra forma estariam escondidos.

Esta tecnologia permitiu à equipa procurar a luz infravermelha emitida pelos planetas em comprimentos de onda que são absorvidos por gases específicos. A equipa descobriu que os quatro planetas de HR 8799 contêm mais elementos pesados do que se pensava anteriormente.

Este gráfico mostra um espetro de um dos planetas do sistema HR 8799, HR 8799 e, que apresenta as quantidades de luz no infravermelho próximo detetadas no planeta pelo Webb em diferentes comprimentos de onda. As linhas azuis e amarelas são um modelo de melhor ajuste para uma atmosfera que seria baixa ou alta em metais mais pesados que o hélio, incluindo o carbono. Os dados do Webb são consistentes com um planeta de alta metalicidade. As impressões digitais espetrais do dióxido de carbono e do monóxido de carbono aparecem em dados recolhidos pelo NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)

"As capacidades únicas do Webb permitem-nos, pela primeira vez, explorar a grande diversidade destes planetas fotografados diretamente. Isto dá-nos pistas importantes de como estes sistemas planetários se formaram", disse Emily Rickman da ESA, coautora do estudo. "Estas novas observações reiteram o valor do sistema multiplanetário HR 8799 como ponto de partida para compreender a formação de sistemas exoplanetários e do nosso próprio Sistema Solar".

A equipa está a preparar o caminho para observações mais detalhadas para determinar se os objetos que veem a orbitar outras estrelas são verdadeiramente planetas gigantes ou objetos como anãs castanhas, que se formam como estrelas, mas não acumulam massa suficiente para iniciar a fusão nuclear.

"Temos outras linhas de evidência que sugerem que estes quatro planetas HR 8799 se formaram usando esta abordagem de baixo para cima", disse Laurent Pueyo, astrónomo do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, EUA, que coliderou o trabalho. "Quão comum é isto para planetas que podemos fotografar diretamente? Ainda não sabemos, mas estamos a propor mais observações do Webb para responder a essa pergunta".

"Sabíamos que o Webb podia medir as cores dos planetas exteriores em sistemas fotografados diretamente", acrescentou Rémi Soummer, diretor do Laboratório de Ótica Russell B. Makidon do STScI e antigo responsável pelas operações do coronógrafo do Webb. "Há 10 anos que esperávamos a confirmação de que as nossas operações bem configuradas do telescópio também nos permitiriam aceder aos planetas interiores. Agora os resultados estão à vista e podemos fazer ciência interessante com ele".

// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astronomical Journal)

Quer saber mais?

Sistema HR 8799:
ipac
Wikipedia
HR 8799 b (NASA)
HR 8799 b (Exoplanet.eu)
HR 8799 b (Wikipedia)
HR 8799 c (NASA)
HR 8799 c (Exoplanet.eu)
HR 8799 c (Wikipedia)
HR 8799 d (NASA)
HR 8799 d (Exoplanet.eu)
HR 8799 d (Wikipedia)
HR 8799 e (NASA)
HR 8799 e (Exoplanet.eu)
HR 8799 e (Wikipedia)

51 Eridani b:
NASA
ipac
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