Telescópio Webb capta primeiras imagens diretas de dióxido de carbono fora do sistema solar

O Telescópio Espacial James Webb captou as primeiras imagens diretas de dióxido de carbono num planeta fora do sistema solar, em HR 8799, um sistema multiplanetário a 130 anos-luz de distância que há muito é um alvo chave para estudos de formação de planetas.

As observações fornecem fortes indícios de que os quatro planetas gigantes do sistema se formaram da mesma forma que Júpiter e Saturno, construindo lentamente núcleos sólidos. Também confirmam que o Webb pode fazer mais do que inferir a composição atmosférica a partir de medições da luz das estrelas – pode analisar diretamente a química das atmosferas dos exoplanetas.

“Ao detetar estas fortes caraterísticas 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. Dado o que sabemos sobre a estrela que orbitam, isso indica provavelmente que se formaram por acreção do núcleo, o que, para planetas que podemos ver diretamente, é uma conclusão excitante”, diz William Balmer, um astrofísico da Universidade Johns Hopkins que liderou o trabalho.

Uma análise das observações, que também incluiu um sistema a 96 anos-luz de distância chamado 51 Eridani, aparece no The Astrophysical Journal.

O 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 violenta, os planetas HR 8799 emitem grandes quantidades de luz infravermelha que dão aos cientistas dados valiosos sobre como a sua formação se compara com a das estrelas ou anãs castanhas.

Os planetas gigantes podem tomar forma de duas maneiras: construindo lentamente núcleos sólidos que atraem gás, como o nosso sistema solar, ou colapsando rapidamente do disco de arrefecimento de uma estrela jovem em objetos maciços. Saber qual é o modelo 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”, diz Balmer.

“Queremos tirar fotografias 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”, acrescenta.

Muito poucos exoplanetas foram diretamente fotografados, uma vez que os planetas distantes são milhares de vezes mais fracos do que as suas estrelas. Ao captar imagens diretas em comprimentos de onda específicos, apenas acessíveis com o Webb, a equipa está a abrir caminho a 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”, diz Laurent Pueyo, um astrónomo do Space Telescope Science Institute que co-liderou o trabalho.

“Quão comum é isto para planetas de longo período que podemos fotografar diretamente? Ainda não sabemos, mas estamos a propor mais observações do Webb, inspiradas nos nossos diagnósticos de dióxido de carbono, para responder a essa questão”, adianta.

O feito foi possível graças aos coronógrafos do Webb, que bloqueiam a luz de estrelas brilhantes, como acontece num eclipse solar, para revelar mundos que de outra forma estariam escondidos. Isto permitiu à equipa procurar luz infravermelha em comprimentos de onda que revelam gases específicos e outros detalhes atmosféricos.

Tendo como alvo a gama de comprimentos de onda de 3-5 micrómetros, a equipa descobriu que os quatro planetas HR 8799 contêm mais elementos pesados do que se pensava anteriormente, mais um indício de que se formaram da mesma forma que os gigantes gasosos do nosso sistema solar.

As observações também revelaram a primeira deteção do planeta mais interior, HR 8799 e, a um comprimento de onda de 4,6 micrómetros, e 51 Eridani b a 4,1 micrómetros, mostrando a sensibilidade do Webb na observação de planetas ténues perto de estrelas brilhantes.

Em 2022, uma das principais técnicas de observação do Webb detectou indiretamente dióxido de carbono num outro exoplaneta, chamado WASP-39 b, seguindo a forma como a sua atmosfera alterava a luz das estrelas quando este passava em frente da sua estrela.

“Isto é o que os cientistas têm vindo a fazer para planetas em trânsito ou anãs castanhas isoladas desde o lançamento do JWST”, diz Pueyo.

Rémi Soummer, que dirige o Laboratório de Ótica no Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e que anteriormente dirigiu as operações do coronógrafo do Webb, acrescentou: “Sabíamos que o JWST podia medir as cores dos planetas exteriores em sistemas diretamente fotografados. Há 10 anos que esperávamos para confirmar que as operações do telescópio, que foram afinadas com precisão, também nos permitiriam aceder aos planetas interiores. Agora os resultados estão disponíveis e podemos fazer ciência interessante com isso”.

A equipa espera usar os coronógrafos do Webb para analisar mais planetas gigantes e comparar a sua composição com modelos teóricos.

“Estes planetas gigantes têm implicações muito grandes”, sublinha Balmer. “Se tivermos estes planetas enormes a atuar como bolas de bowling no nosso sistema solar, podem perturbar, proteger ou fazer um pouco de ambas as coisas a planetas como o nosso, por isso compreender melhor a sua formação é um passo crucial para compreender a formação, sobrevivência e habitabilidade de planetas semelhantes à Terra no futuro”, conclui.