JWST deteta gelo de água no disco de detritos de HD 181327 a 155 anos-luz

Água no início do Sistema Solar e nas regiões exteriores

Durante décadas, considerou-se que, nos primórdios do Sistema Solar, a água era comum nas zonas mais afastadas e que cometas e asteroides transportaram humidade para a Terra e para os planetas interiores durante o período do Bombardeamento Intenso Tardio, há cerca de 4 mil milhões de anos.

A grande quantidade de gelo em regiões como a Cintura de Kuiper - um anel de pequenos corpos gelados na periferia do Sistema Solar - dava força a esta ideia. Ainda assim, faltava uma forma de a pôr à prova: só quando passou a ser possível observar sistemas extra-solares muito jovens, ainda em formação, é que se abriu a porta a testar a hipótese.

O que o JWST observou em HD 181327

Graças ao JWST, os cientistas têm agora evidência sólida de que a teoria estava certa. Um estudo recente, liderado por investigadores da Johns Hopkins University (JHU), relata que o telescópio espacial detetou gelo de água no disco de detritos que orbita HD 181327, uma estrela semelhante ao Sol situada a 155 anos-luz da Terra.

Com apenas 23 milhões de anos, este sistema é extremamente jovem quando comparado com o Sistema Solar (com 4,6 mil milhões de anos e a aumentar). Por isso, a estrela continua rodeada por um disco protoplanetário que ainda não se juntou para formar um conjunto de planetas. Analisar estrelas com esta idade permite aos astrónomos acompanhar um sistema ainda nas fases iniciais do seu desenvolvimento.

Como afirmou Chen Xie, cientista assistente de investigação na JHU e autor principal do estudo, num comunicado de imprensa recente da NASA:

"O Webb detetou de forma inequívoca não só gelo de água, mas gelo de água cristalino, que também existe em locais como os anéis de Saturno e em corpos gelados da Cintura de Kuiper do nosso Sistema Solar. A presença de gelo de água ajuda a facilitar a formação de planetas. Materiais gelados podem também, no final, ser ‘entregues’ a planetas terrestres que venham a formar-se ao longo de algumas centenas de milhões de anos em sistemas como este."

A equipa estudou HD 181327 com o espectrógrafo no infravermelho próximo do JWST (NIRSpec), que revelou assinaturas químicas características de água nas regiões mais externas do disco de detritos do sistema.

Distribuição do gelo no disco de detritos

Tal como previsto, a maior parte do gelo de água apareceu no anel exterior de detritos, representando mais de 20% da sua massa. À semelhança da Cintura de Kuiper, esta água surge sob a forma de “bolas de neve sujas” - gelo misturado com partículas finas de poeira.

Quanto mais perto da estrela os investigadores analisaram, menos água encontraram. A meio caminho entre a orla do disco e o interior, apenas 8% do material é gelo, e mais para o centro do sistema praticamente não foi detetado. A explicação mais provável é a vaporização causada pela radiação ultravioleta da estrela, embora também seja possível que uma quantidade considerável de água esteja retida em rochas e planetesimais.

Dado que o gelo de água tem um papel marcante na formação de planetas em torno de estrelas jovens, estes resultados criam novas oportunidades para estudar os processos que comandam a evolução de sistemas planetários. Além disso, confirmam aquilo que o Telescópio Espacial Spitzer da NASA já tinha sugerido ao observar este sistema em 2008.

"Quando eu era estudante de pós-graduação há 25 anos, o meu orientador disse-me que devia existir gelo em discos de detritos, mas antes do Webb não tínhamos instrumentos suficientemente sensíveis para fazer estas observações", afirma Christine Chen, astrónoma associada no Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI) e coautora do estudo.

"O que mais impressiona é que estes dados se parecem com as outras observações recentes do telescópio a objetos da Cintura de Kuiper no nosso próprio Sistema Solar."

As observações do Webb também revelaram uma grande lacuna, sem poeira, entre a estrela e o seu disco de detritos. Mais longe da estrela, o disco lembra a Cintura de Kuiper, povoada por inúmeras “bolas de neve sujas” e pequenos planetas. Além disso, tal como na Cintura de Kuiper continuam a ocorrer colisões, a equipa identificou que o mesmo sucede em HD 181327.

"HD 181327 é um sistema muito ativo", diz Chen. "Existem colisões regulares e contínuas no seu disco de detritos. Quando esses corpos gelados colidem, libertam partículas minúsculas de gelo de água com poeira, com um tamanho perfeito para o Webb detetar."

Com estas medições, os astrónomos vão continuar a procurar gelo de água e discos de detritos para observar de perto com o JWST e com outros telescópios de nova geração, alguns dos quais serão lançados em breve.

O estudo de sistemas planetários em formação ativa vai ajudar a refinar modelos de formação planetária e a esclarecer como o nosso Sistema Solar se formou.

Os resultados da equipa foram publicados na revista Nature.