Os astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA para obter imagens da poeira quente em torno de uma jovem estrela próxima, Fomalhaut, a fim de estudar o primeiro cinturão de asteróides já visto fora de nosso sistema solar em luz infravermelha. Mas, para sua surpresa, as estruturas empoeiradas são muito mais complexas do que os asteróides e os cinturões de poeira de Kuiper do nosso sistema solar. No geral, existem três cinturões aninhados que se estendem a 14 bilhões de milhas (23 bilhões de quilômetros) da estrela; isso é 150 vezes a distância da Terra ao Sol. A escala do cinturão mais externo é aproximadamente o dobro da escala do Cinturão de Kuiper do nosso sistema solar de pequenos corpos e poeira fria além de Netuno. As faixas internas – que nunca haviam sido vistas antes – foram reveladas por Webb pela primeira vez.
Os cinturões circundam a jovem estrela quente, que pode ser vista a olho nu como a estrela mais brilhante da constelação austral de Piscis Austrinus. Os cinturões de poeira são os detritos de colisões de corpos maiores, análogos a asteróides e cometas, e são frequentemente descritos como ' discos de detritos '. “Eu descreveria Fomalhaut como o arquétipo dos discos de detritos encontrados em outras partes da nossa galáxia, porque tem componentes semelhantes aos que temos em nosso próprio sistema planetário”, disse András Gáspár, da Universidade do Arizona em Tucson e principal autor de um novo artigo. descrevendo esses resultados. “Observando os padrões nesses anéis, podemos realmente começar a fazer um pequeno esboço de como um sistema planetário deve parecer – se pudéssemos realmente tirar uma foto profunda o suficiente para ver os planetas suspeitos”.
O Telescópio Espacial Hubble e o Observatório Espacial Herschel, bem como o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), já obtiveram imagens nítidas do cinturão mais externo. No entanto, nenhum deles encontrou qualquer estrutura interior a ele. Os cinturões internos foram resolvidos pela primeira vez por Webb em luz infravermelha. “Onde o Webb realmente se destaca é que somos capazes de resolver fisicamente o brilho térmico da poeira nessas regiões internas. Assim, você pode ver cinturões internos que nunca poderíamos ver antes”, disse Schuyler Wolff, outro membro da equipe da Universidade do Arizona.
Hubble, ALMA e Webb estão se unindo para montar uma visão holística dos discos de detritos em torno de várias estrelas. “Com o Hubble e o ALMA, conseguimos obter imagens de vários análogos do Cinturão de Kuiper e aprendemos muito sobre como os discos externos se formam e evoluem”, disse Wolff. “Mas precisamos que o Webb nos permita visualizar uma dúzia ou mais de cinturões de asteróides em outros lugares. Podemos aprender tanto sobre as regiões quentes internas desses discos quanto o Hubble e o ALMA nos ensinaram sobre as regiões externas mais frias.”
Esses cinturões provavelmente são esculpidos pelas forças gravitacionais produzidas por planetas invisíveis. Da mesma forma, dentro do nosso sistema solar, Júpiter encurrala o cinturão de asteróides, a borda interna do Cinturão de Kuiper é esculpida por Netuno, e a borda externa pode ser pastoreada por corpos ainda não vistos além dele. À medida que Webb fizer imagens de mais sistemas, aprenderemos sobre as configurações de seus planetas.
O anel de poeira de Fomalhaut foi descoberto em 1983 em observações feitas pelo Infrared Astronomical Satellite (IRAS) da NASA. A existência do anel também foi inferida a partir de observações anteriores e de maior comprimento de onda usando telescópios submilimétricos em Mauna Kea, Havaí, o Telescópio Espacial Spitzer da NASA e o Observatório Submilimétrico da Caltech.
“Os cinturões ao redor de Fomalhaut são uma espécie de romance de mistério: onde estão os planetas?” disse George Rieke, outro membro da equipe e líder científico dos EUA para o Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb, que fez essas observações. “Acho que não é um salto muito grande dizer que provavelmente existe um sistema planetário realmente interessante em torno da estrela.”
“Definitivamente não esperávamos a estrutura mais complexa com o segundo cinturão intermediário e depois o cinturão de asteroides mais amplo”, acrescentou Wolff. “Essa estrutura é muito emocionante porque sempre que um astrônomo vê uma lacuna e anéis em um disco, eles dizem: 'Pode haver um planeta embutido moldando os anéis!'”
Webb também imaginou o que Gáspár chama de “a grande nuvem de poeira”, que pode ser evidência de uma colisão ocorrendo no anel externo entre dois corpos protoplanetários. Esta é uma característica diferente de um planeta suspeito visto pela primeira vez dentro do anel externo pelo Hubble em 2008 . Observações subsequentes do Hubble mostraram que em 2014 o objeto havia desaparecido. Uma interpretação plausível é que esse recurso recém-descoberto, como o anterior, é uma nuvem em expansão de partículas de poeira muito finas de dois corpos gelados que se chocaram.
A ideia de um disco protoplanetário em torno de uma estrela remonta ao final dos anos 1700, quando os astrônomos Immanuel Kant e Pierre-Simon Laplace desenvolveram independentemente a teoria de que o Sol e os planetas se formaram a partir de uma nuvem de gás em rotação que colapsou e se achatou devido à gravidade. Os discos de detritos se desenvolvem mais tarde, seguindo a formação de planetas e a dispersão do gás primordial nos sistemas. Eles mostram que pequenos corpos como asteróides estão colidindo catastroficamente e pulverizando suas superfícies em enormes nuvens de poeira e outros detritos. As observações de sua poeira fornecem pistas únicas sobre a estrutura de um sistema exoplanetário, alcançando planetas do tamanho da Terra e até asteróides, que são muito pequenos para serem vistos individualmente.
Os resultados da equipe estão sendo publicados na revista Nature Astronomy .
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. As observações de Fomalhaut utilizaram o Mid-Infrared Instrument (MIRI), que foi uma contribuição da NASA e da ESA (Agência Espacial Européia), com o instrumento projetado e construído por um consórcio de institutos europeus financiados nacionalmente (o MIRI European Consortium) e o Jet Propulsion da NASA Laboratório, em parceria com a Universidade do Arizona. Webb resolverá mistérios em nosso sistema solar, olhará além para mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigará as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA e a Agência Espacial Canadense.
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