Os astrónomos há muito que procuram provas que expliquem porque é que os cometas na periferia do nosso Sistema Solar contêm silicatos cristalinos, uma vez que os cristais requerem calor intenso para se formarem e estas “bolas de neve sujas” passam a maior parte do tempo na ultrafria Cintura de Kuiper e na Nuvem de Oort. Agora, olhando para fora do nosso sistema solar, o Telescópio Espacial James Webb da NASA devolveu a primeira evidência conclusiva que liga a forma como essas condições são possíveis. O telescópio mostrou claramente pela primeira vez que a parte interna quente do disco de gás e poeira que rodeia uma estrela muito jovem e em formação activa é onde os silicatos cristalinos são forjados. Webb também revelou um forte fluxo que é capaz de transportar os cristais para as bordas externas deste disco. Em comparação com o nosso sistema solar totalmente formado e praticamente limpo de poeira, os cristais estariam se formando aproximadamente entre o Sol e a Terra.
As observações sensíveis da protoestrela no infravermelho médio de Webb, catalogada EC 53, também mostram que os poderosos ventos do disco da estrela estão provavelmente catapultando estes cristais para locais distantes, como a borda incrivelmente fria do seu disco protoplanetário, onde os cometas podem eventualmente se formar.
“Os fluxos em camadas do EC 53 podem elevar estes silicatos cristalinos recém-formados e transferi-los para fora, como se estivessem numa estrada cósmica”, disse Jeong-Eun Lee, autor principal de um novo artigo na Nature e professor da Universidade Nacional de Seul, na Coreia do Sul. “Webb não só nos mostrou exatamente quais tipos de silicatos estão na poeira perto da estrela, mas também onde eles estão antes e durante uma explosão.”
A imagem NIRCam de 2024 do Telescópio Espacial James Webb da NASA mostra a protoestrela EC 53 circulada. Os investigadores, utilizando novos dados do MIRI de Webb, provaram que os silicatos cristalinos se formam na parte mais quente do disco de gás e poeira que rodeia a estrela – e podem ser lançados para as bordas do sistema.
Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI); Processamento de imagem: Alyssa Pagan (STScI)
A equipe usou o MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) de Webb para coletar dois conjuntos de espectros altamente detalhados para identificar elementos e moléculas específicas e determinar suas estruturas. Em seguida, mapearam com precisão onde tudo está, tanto quando o EC 53 está “quieto” (mas ainda gradualmente “mordiscando” seu disco) quanto quando está mais ativo (o que é conhecido como fase de explosão).
Esta estrela, que tem sido estudada por esta e por outras equipas há décadas, é altamente previsível. (Outras estrelas jovens têm explosões erráticas, ou as suas explosões duram centenas de anos.) Aproximadamente a cada 18 meses, EC 53 inicia uma fase de explosão bombástica de 100 dias, acelerando o ritmo e devorando totalmente o gás e a poeira próximos, enquanto ejeta parte da sua entrada na forma de jatos e fluxos poderosos. Estas expulsões podem lançar alguns dos cristais recém-formados para a periferia do disco protoplanetário da estrela.
“Mesmo como cientista, é surpreendente para mim que possamos encontrar silicatos específicos no espaço, incluindo forsterite e enstatite perto de EC 53”, disse Doug Johnstone, co-autor e principal responsável de investigação do Conselho Nacional de Investigação do Canadá. “Estes são minerais comuns na Terra. O principal ingrediente do nosso planeta é o silicato.” Durante décadas, a investigação também identificou silicatos cristalinos não só em cometas do nosso sistema solar, mas também em discos protoplanetários distantes em torno de outras estrelas ligeiramente mais velhas – mas não conseguiu identificar como é que chegaram lá. Com os novos dados de Webb, os investigadores compreendem agora melhor como estas condições podem ser possíveis.
“É incrivelmente impressionante que Webb possa não apenas nos mostrar tanto, mas também onde está tudo”, disse Joel Green, coautor e cientista de instrumentos do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland. “A nossa equipa de investigação mapeou a forma como os cristais se movem através do sistema. Mostrámos efetivamente como a estrela cria e distribui estas partículas superfinas, cada uma delas significativamente mais pequena do que um grão de areia.”
Os dados MIRI de Webb também mostram claramente os jatos estreitos e de alta velocidade de gás quente da estrela perto dos seus pólos, e os fluxos ligeiramente mais frios e mais lentos que se originam da área mais interna e mais quente do disco que alimenta a estrela. A imagem acima, obtida por outro instrumento Webb, NIRCam (Near-Infrared Camera), mostra um conjunto de ventos e luz dispersa do disco do EC 53 como um semicírculo branco inclinado para a direita. Os seus ventos também fluem na direção oposta, aproximadamente atrás da estrela, mas na luz infravermelha próxima, esta região parece escura. Seus jatos são pequenos demais para serem identificados.
Esta ilustração representa metade do disco de gás e poeira que rodeia a protoestrela EC 53. Explosões estelares formam periodicamente silicatos cristalinos, que são lançados para cima e para fora das bordas do sistema, onde cometas e outros corpos rochosos gelados podem eventualmente formar-se.
Ilustração: NASA, ESA, CSA, Elizabeth Wheatley (STScI)
EC 53 ainda está “envolto” em poeira e pode ficar por mais 100.000 anos. Ao longo de milhões de anos, enquanto o disco de uma estrela jovem estiver densamente povoado com pequenos grãos de poeira e seixos, ocorrerá um número incontável de colisões que poderão lentamente formar uma série de rochas maiores, eventualmente levando à formação de planetas gigantes terrestres e gasosos. À medida que o disco se assenta, tanto a própria estrela como quaisquer planetas rochosos terminarão de se formar, a poeira desaparecerá em grande parte (não obscurecendo mais a visão) e uma estrela semelhante ao Sol permanecerá no centro de um sistema planetário limpo, com silicatos cristalinos “espalhados” por toda parte.
EC 53 faz parte da Nebulosa de Serpens, que fica a 1.300 anos-luz da Terra e está repleta de estrelas em formação ativa.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
Para saber mais sobre Webb, visite:
https://science.nasa.gov/webb
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