Astrônomos que usaram o Telescópio Espacial Hubble (HST) da NASA testemunharam os efeitos surpreendentes de enormes rochas espaciais colidindo umas com as outras em um sistema planetário próximo. O que inicialmente parecia um exoplaneta reflexivo acabou se tornando algo muito mais dramático.
Os investigadores detectaram pela primeira vez um ponto de luz brilhante e sugeriram que se tratava de um planeta coberto de poeira que reflectia o brilho da sua estrela. Esta interpretação ruiu quando o objeto desapareceu e outra fonte brilhante apareceu nas proximidades. A equipe de pesquisa internacional, que incluía o astrofísico Jason Wang, da Northwestern University, percebeu que não estavam vendo planetas. Em vez disso, a luz veio de nuvens brilhantes de detritos criadas por colisões violentas.
As observações revelaram dois impactos separados e poderosos que causaram nuvens de poeira em expansão no mesmo sistema planetário. Acompanhar estes eventos em tempo real dá aos cientistas uma rara janela sobre como os planetas se formam e que tipos de materiais se combinam para construir novos mundos.
As descobertas foram publicadas em 18 de dezembro) na revista Ciência.
“Observar uma nova fonte de luz no cinturão de poeira ao redor da estrela foi incrível. Não esperávamos isso”, disse Wang. “Nossa principal hipótese é que vimos duas colisões de planetesimais – pequenos objetos rochosos como asteróides – nas últimas duas décadas. As colisões de planetesimais são um evento extremamente raro, e esta é a primeira vez que vimos uma fora do nosso sistema solar. Estudar colisões de planetesimais é importante para entender como os planetas se formam. Também pode nos dizer sobre a estrutura dos asteróides, que é uma informação importante para programas de defesa planetária, como o Teste de Redirecionamento de Asteróide Duplo (DART).”
“Esta é definitivamente a primeira vez que vejo um ponto de luz aparecer do nada num sistema exoplanetário,” disse o principal autor do estudo, Paul Callas, astrónomo da Universidade da Califórnia, em Berkeley. “Está ausente de todas as nossas imagens anteriores do Hubble, o que significa que acabámos de testemunhar uma colisão violenta entre dois objetos massivos e uma enorme nuvem de detritos, diferente de tudo o que existe hoje no nosso sistema solar.”
Wang é especialista em imagens de exoplanetas e é professor associado de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do Centro de Estudos Interdisciplinares e Pesquisa em Astrofísica (CIERA).
Fomalhaut e seu misterioso ambiente de poeira
As colisões ocorreram no sistema planetário que circunda a estrela Fomalhaut, que fica a cerca de 25 anos-luz da Terra, na constelação austríaca de Peixes. Fomalhaut é maior que o Sol e está rodeado por um vasto e complexo conjunto de cinturões de detritos empoeirados.
“O sistema possui um dos maiores cinturões de poeira que conhecemos”, disse Wang. “Isso o torna um alvo fácil de estudar.”
Durante anos, os astrônomos debateram a natureza do objeto brilhante conhecido como Fomalhaut b, que foi relatado pela primeira vez em 2008 fora do cinturão de poeira principal da estrela. Alguns investigadores pensaram que se tratava de um planeta, enquanto outros suspeitaram que se tratava de uma nuvem de poeira espalhada pela colisão.
Em 2023, novas observações do Hubble acrescentaram outra reviravolta. A fonte de luz original desapareceu, mas um novo objeto brilhante apareceu numa parte ligeiramente diferente do sistema.
“Com estas observações, a nossa intenção original era observar Fomalhaut b, que originalmente pensávamos ser um planeta”, disse Wang. “Pusemos a hipótese de que a luz brilhante era Fomalhaut b porque é uma fonte conhecida no sistema. Mas depois de comparar cuidadosamente as nossas novas imagens com imagens anteriores, percebemos que não poderia ser a mesma fonte. Foi emocionante e deixou-nos coçando a cabeça.”
Evidência de duas tragédias cósmicas distintas
O desaparecimento do objeto original, agora designado como Fomalhaut cs1, apoia a ideia de que se tratava de uma nuvem de poeira que se dissipou lentamente após a colisão. O aparecimento de uma segunda fonte brilhante chamada Fomalhaut cs2 reforça a conclusão de que nenhum dos objetos é um planeta. Em vez disso, ambos parecem ser nuvens de detritos formadas quando grandes planetesimais colidiram uns com os outros.
O Fomalhaut cs2 se assemelha muito ao modo como o cs1 apareceu pela primeira vez há duas décadas, tanto em brilho quanto em posicionamento. Ao estudar estes eventos, a equipa conseguiu estimar a frequência com que tais colisões podem ocorrer neste sistema.
“A teoria sugere que deveria haver uma colisão a cada 100 mil anos ou mais. Aqui, em 20 anos, vimos duas”, disse Kalas. “Se você tivesse um filme dos últimos 3.000 anos e ele fosse acelerado de modo que cada ano durasse uma fração de segundo, imagine quantos flashes você veria nesse período. O sistema planetário de Fomalhaut brilharia com essas colisões.”
Como o resultado foi tão inesperado, Wang realizou uma das quatro análises independentes para confirmar as descobertas. Cada análise revelou uma nova fonte de luz transitória aproximadamente na mesma região, apoiando a conclusão de que foram observadas duas colisões separadas.
“Esta é a primeira vez que vemos algo assim”, disse Wang. “Portanto, tivemos que ter certeza de que podíamos confiar nas nossas imagens e que estávamos medindo as propriedades da colisão corretamente. Analisei os números para mostrar que todas as quatro análises independentes detectam com segurança uma nova fonte em torno da estrela.”
Por que uma nuvem de poeira pode enganar os caçadores de planetas
Além de detectar colisões ativas, a descoberta também serve como alerta para futuras buscas pelo planeta. Grandes nuvens de poeira podem imitar de perto a aparência de um exoplaneta ao refletir a luz das estrelas, o que potencialmente engana os astrónomos.
“Fomalhaut cs2 parece exatamente com um planeta extrassolar refletindo a luz das estrelas”, disse Kalas. “Ao estudar cs1, aprendemos que uma grande nuvem de poeira pode mascarar um planeta durante anos. Este é um aviso para futuras missões que visam detectar exoplanetas na luz refletida.”
À medida que novos observatórios, como o Telescópio Gigante de Magalhães, se preparam para obter imagens diretas de planetas semelhantes à Terra em torno de estrelas próximas, a distinção entre planetas reais e nuvens de poeira temporárias tornar-se-á cada vez mais importante.
Recorrendo à web para ver mais de perto
Embora o Fomalhaut cs1 tenha desaparecido, os investigadores planeiam continuar a monitorizar o sistema. O seu próximo alvo é o cs2, que pode revelar mais sobre como ocorrem as colisões em sistemas planetários jovens.
As observações futuras contarão com a câmera infravermelha próxima (NIRCam) a bordo do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA. Ao contrário do Hubble, o NIRCam pode capturar informações detalhadas de cores que ajudam os cientistas a determinar o tamanho e a composição das partículas de poeira, incluindo se contêm água ou gelo.
“Devido à idade do Hubble, ele não consegue mais coletar dados confiáveis do sistema”, disse Wang. “Felizmente, agora temos o JWST. Temos o programa JWST aprovado para acompanhar esta colisão planetesimal para compreender a nova fonte circunstelar e a natureza dos dois planetesimais pais que colidiram.”
O estudo, intitulado “Segunda Colisão Planetesimal Violenta no Sistema Fomalhaut”, foi apoiado pela NASA (prêmio número HST-GO-17139).
