JWST encontra gelo de água no disco de detritos de HD 181327

Água no Sistema Solar primitivo e a hipótese do Bombardeio Intenso Tardio

Durante décadas, prevaleceu a ideia de que, no começo da história do Sistema Solar, havia muita água nas regiões mais externas. Nessa hipótese, cometas e asteroides teriam levado humidade à Terra e aos planetas interiores durante o período do Bombardeio Intenso Tardio, há cerca de 4 bilhões de anos.

A grande quantidade de gelo em áreas como o Cinturão de Kuiper - o anel de “iceteroides” do Sistema Solar externo - sempre deu força a essa explicação. Ainda assim, ela permanecia difícil de confirmar, porque só recentemente passou a ser viável observar sistemas extrassolares em fases realmente iniciais de formação.

JWST detecta gelo de água no disco de detritos de HD 181327

Agora, com o JWST, os cientistas obtiveram evidências diretas de que a hipótese faz sentido. Num estudo recente liderado por investigadores da Johns Hopkins University (JHU), o telescópio espacial identificou gelo de água no disco de detritos que orbita HD 181327, uma estrela semelhante ao Sol a 155 anos-luz da Terra.

Com apenas 23 milhões de anos, este sistema é extremamente jovem em comparação com o Sistema Solar (4,6 bilhões de anos e a aumentar!). Por isso, a estrela ainda está rodeada por um disco protoplanetário que não se juntou o suficiente para formar um conjunto completo de planetas. Observar estrelas tão jovens ajuda os astrónomos a acompanhar um sistema ainda nos estágios iniciais de formação.

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

"O Webb detectou de forma inequívoca não apenas gelo de água, mas gelo de água cristalino, que também é encontrado em locais como os anéis de Saturno e corpos gelados no Cinturão de Kuiper do nosso Sistema Solar. A presença de gelo de água ajuda a facilitar a formação de planetas. Materiais gelados também podem, em última análise, ser 'entregues' a planetas terrestres que possam formar-se ao longo de algumas centenas de milhões de anos em sistemas como este."

O que o NIRSpec revelou sobre a distribuição de água

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

Como os modelos indicavam, a maior parte do gelo de água aparece no anel externo do disco: mais de 20 por cento da massa dessa região é composta por gelo. Assim como no Cinturão de Kuiper, a água surge na forma de “bolas de neve sujas” - gelo misturado com partículas finas de poeira.

À medida que os investigadores analisaram áreas mais próximas da estrela, a quantidade de água diminuiu. A meio caminho entre a borda do disco e o interior, apenas 8 por cento do material é gelo; já perto do centro do sistema, praticamente nada foi detetado. A explicação mais provável é a vaporização causada pela radiação ultravioleta da estrela, embora também exista a possibilidade de uma parcela significativa de água estar presa em rochas e planetesimais.

Lacuna sem poeira, colisões e paralelos com o Cinturão de Kuiper

Como o gelo de água influencia fortemente a formação de planetas em torno de estrelas jovens, estas medições abrem novas oportunidades para investigar os processos que controlam o desenvolvimento de sistemas planetários. Os resultados também reforçam o que o Spitzer Space Telescope já tinha sugerido ao observar este sistema em 2008.

"Quando eu era estudante de pós-graduação há 25 anos, o meu orientador dizia que deveria haver gelo em discos de detritos, mas antes do Webb não tínhamos instrumentos sensíveis o suficiente para fazer essas observações", afirma Christine Chen, astrónoma associada do Space Telescope Science Institute (STScI) e coautora do estudo.

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

As observações do Webb também mostraram uma lacuna ampla, sem poeira, entre a estrela e o seu disco de detritos. Mais longe, o disco lembra o Cinturão de Kuiper, povoado por incontáveis “bolas de neve sujas” e planetas menores. Além disso, tal como no Cinturão de Kuiper, as colisões continuam a ocorrer - e a equipa viu sinais de que isso também acontece em HD 181327.

"HD 181327 é um sistema muito ativo", diz Chen. "Há 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."

Próximas observações e publicação do estudo

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

A análise desses sistemas planetários em formação ativa vai ajudar a aprimorar os modelos de formação de planetas e lançar nova luz sobre como o nosso Sistema Solar se formou.

Os resultados da equipa foram publicados na revista Nature.