JWST encontra seis planetas errantes em NGC 1333, em Perseu

Costumamos imaginar os planetas como “filhos” inevitavelmente presos às suas estrelas-mãe.

Só que o espaço é um lugar estranho e inconstante; nem sempre os objectos se comportam como achamos que deveriam.

JWST e a nebulosa NGC 1333 em Perseu

Com o JWST, astrónomos identificaram seis objectos do tamanho de planetas, a alta velocidade e sem ligação a qualquer estrela, vagando livres pelo espaço interestelar num cenário impressionante: uma nebulosa de formação estelar na constelação de Perseu.

“Estamos a explorar os limites do próprio processo de formação de estrelas”, diz o astrofísico Adam Langeveld, da Universidade Johns Hopkins.

“Se existe um objecto que se parece com um Júpiter jovem, será que, nas condições certas, ele poderia ter-se tornado uma estrela? Isto é um contexto importante para compreender tanto a formação de estrelas como a de planetas.”

Foi precisamente essa dúvida que levou os investigadores a apontar o JWST para a NGC 1333, em Perseu - uma região repleta de aglomerados de estrelas muito jovens, recém-formadas a partir do gás local.

“Nós usámos a sensibilidade sem precedentes do Webb em comprimentos de onda no infravermelho para procurar os membros mais ténues de um aglomerado estelar jovem, tentando responder a uma pergunta fundamental da astronomia: quão leve pode ser um objecto e ainda formar-se como uma estrela?”, afirma o astrofísico Ray Jayawardhana, também da Universidade Johns Hopkins.

“O que acontece é que os menores objectos flutuantes livres, que se formam como estrelas, coincidem em massa com exoplanetas gigantes que orbitam estrelas próximas.”

Como estrelas e planetas se formam

Há mais de uma forma de “construir” um objecto cósmico. As estrelas, em geral, são consideradas produtos de um processo de cima para baixo: um grumo numa nuvem suficientemente densa de gás e poeira colapsa sob a gravidade e vai acumulando massa de um disco de material em rotação, até que a pressão e a temperatura no centro se tornem altas o suficiente para iniciar a fusão do hidrogénio.

Já pelo menos alguns planetas parecem surgir num caminho de baixo para cima, a partir do material que sobra no disco quando a estrela termina de se formar. Nesse cenário, pequenos aglomerados começam por se aderir por forças electrostáticas e, depois, por gravidade, até reunirem material suficiente para formar um núcleo e um manto diferenciados.

A fronteira exacta entre esses mecanismos ainda não é clara.

Planetas errantes, anãs castanhas e o limite entre 5 e 10 Júpiteres

Os astrónomos estimam que podem existir milhares de milhões de planetas errantes a atravessar a Via Láctea. Uma grande parte deles teria nascido pelo caminho “normal”, no material remanescente do processo de formação estelar; interacções gravitacionais caóticas poderiam libertar esses mundos das suas amarras e lançá-los para aventuras sem estrela (ou até fazê-los ficar presos pela gravidade de uma estrela estranha).

Mas também é possível que alguns planetas errantes iniciem a sua história do mesmo modo que as estrelas. Existe, por exemplo, uma população de objectos que se formam como estrelas, mas não conseguem ganhar massa suficiente para a fusão do hidrogénio: as anãs castanhas, com algo entre cerca de 13 e 85 vezes a massa de Júpiter. Esses corpos são massivos o bastante para sustentar a fusão do deutério - uma forma de hidrogénio pesado cuja fusão exige menor pressão e temperatura. Eles brilham, mas de maneira fraca.

Modelos indicam que o limite superior de massa para um planeta se formar de baixo para cima, por acreção do núcleo, é inferior a 10 Júpiteres. Além disso, a população da NGC 1333 é jovem; esse tipo de acreção levaria algum tempo - assim como as interacções gravitacionais que, depois, os arremessariam para a vastidão da galáxia.

Foi por isso que, quando o JWST detectou seis objectos entre cinco e dez vezes a massa de Júpiter, Langeveld e a sua equipa concluíram que eles deveriam ter-se formado por colapso gravitacional. A confirmação veio quando foram encontrados discos em torno de cada um desses objectos relativamente pequenos, tal como estrelas bebés em miniatura.

“As nossas observações confirmam que a natureza produz objectos com massa planetária de, pelo menos, duas formas diferentes - pela contracção de uma nuvem de gás e poeira, como as estrelas se formam, e em discos de gás e poeira em torno de estrelas jovens, como Júpiter no nosso próprio Sistema Solar”, diz Jayawardhana.

Curiosamente, embora o JWST tenha sensibilidade suficiente para detectar objectos ainda menores, os investigadores não encontraram mundos errantes com menos de cinco Júpiteres. Isso sugere que esse valor é o ponto de corte. Abaixo dessa massa, o mais provável é que os planetas precisem formar-se por acreção do núcleo.

Os resultados da equipa indicam que esses objectos podem ser comuns, representando até 10 percent de todos os objectos no aglomerado analisado. E a detecção desses mundos abre possibilidades intrigantes, tornando mais difusa a linha que separa uma estrela dos seus planetas - e um planeta das suas luas.

“Esses objectos minúsculos, com massas comparáveis às de planetas gigantes, podem até ser capazes de formar os seus próprios planetas”, afirma o astrofísico Aleks Scholz, da Universidade de St Andrews, no Reino Unido. “Isto pode ser um berçário de um sistema planetário em miniatura, numa escala muito menor do que o nosso Sistema Solar.”

A pesquisa foi aceite no Jornal Astronómico e está disponível no arXiv.