O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA acaba de resolver um enigma ao comprovar uma descoberta controversa feita com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA há mais de 20 anos.

Em 2003, o Hubble forneceu evidências de um planeta massivo ao redor de uma estrela muito antiga, quase tão antiga quanto o universo. Essas estrelas possuem apenas pequenas quantidades de elementos mais pesados que são os blocos de construção dos planetas. Isso implicava que alguma formação de planetas aconteceu quando nosso universo era muito jovem, e esses planetas tiveram tempo para se formar e crescer dentro de seus discos primordiais, até maiores que Júpiter. Mas como? Isso era intrigante.

Para responder a essa pergunta, pesquisadores usaram Webb para estudar estrelas em uma galáxia próxima que, assim como o universo primitivo, carece de grandes quantidades de elementos pesados. Eles descobriram que não apenas algumas estrelas ali têm discos formadores de planetas, mas que esses discos têm vida mais longa do que aqueles vistos ao redor de estrelas jovens em nossa galáxia Via Láctea. O trabalho foi publicado no The Astrophysical Journal .

"Com o Webb, temos uma confirmação realmente forte do que vimos com o Hubble, e precisamos repensar como modelamos a formação de planetas e a evolução inicial no universo jovem", disse o líder do estudo, Guido De Marchi, do Centro Europeu de Pesquisa e Tecnologia Espacial da ESA, em Noordwijk, Holanda.

No início do universo , as estrelas eram formadas principalmente por hidrogênio e hélio, e muito poucos elementos mais pesados, como carbono e ferro, que surgiram mais tarde por meio de explosões de supernovas.

"Os modelos atuais preveem que, com tão poucos elementos mais pesados, os discos ao redor das estrelas têm uma vida curta, tão curta, na verdade, que os planetas não podem crescer muito", disse a co-investigadora do estudo Webb, Elena Sabbi, cientista-chefe do Observatório Gemini no NOIRLab da National Science Foundation em Tucson. "Mas o Hubble viu esses planetas, então e se os modelos não estivessem corretos e os discos pudessem viver mais?"

Para testar essa ideia, os cientistas treinaram Webb na Pequena Nuvem de Magalhães, uma galáxia anã que é uma das vizinhas mais próximas da Via Láctea. Em particular, eles examinaram o enorme aglomerado formador de estrelas NGC 346, que também tem uma relativa falta de elementos mais pesados. O aglomerado serviu como um proxy próximo para estudar ambientes estelares com condições semelhantes no universo primitivo e distante.

Observações do Hubble de NGC 346 em meados dos anos 2000 revelaram muitas estrelas com cerca de 20 a 30 milhões de anos que pareciam ainda ter discos formadores de planetas ao redor delas. Isso ia contra a crença convencional de que tais discos se dissipariam após 2 ou 3 milhões de anos.

"As descobertas do Hubble foram controversas, indo contra não apenas evidências empíricas em nossa galáxia, mas também contra os modelos atuais", disse De Marchi. "Isso foi intrigante, mas sem uma maneira de obter espectros dessas estrelas, não poderíamos realmente estabelecer se estávamos testemunhando acreção genuína e a presença de discos, ou apenas alguns efeitos artificiais."

Agora, graças à sensibilidade e resolução do Webb, os cientistas têm os primeiros espectros de estrelas em formação semelhantes ao Sol e seus ambientes imediatos em uma galáxia próxima.

"Vemos que essas estrelas são de fato cercadas por discos e ainda estão no processo de devorar material, mesmo na idade relativamente antiga de 20 ou 30 milhões de anos", disse De Marchi. "Isso também implica que os planetas têm mais tempo para se formar e crescer ao redor dessas estrelas do que em regiões próximas de formação de estrelas em nossa própria galáxia."

Essa descoberta refuta previsões teóricas anteriores de que, quando há muito poucos elementos mais pesados no gás ao redor do disco, a estrela explodiria o disco muito rapidamente. Então, a vida do disco seria muito curta, até menos de um milhão de anos. Mas se um disco não fica ao redor da estrela tempo suficiente para que os grãos de poeira se juntem e os seixos se formem e se tornem o núcleo de um planeta, como os planetas podem se formar?

Os pesquisadores explicaram que pode haver dois mecanismos distintos, ou até mesmo uma combinação, para que os discos formadores de planetas persistam em ambientes escassos em elementos mais pesados.

Primeiro, para conseguir explodir o disco, a estrela aplica pressão de radiação. Para que essa pressão seja efetiva, elementos mais pesados que hidrogênio e hélio teriam que residir no gás. Mas o aglomerado estelar massivo NGC 346 tem apenas cerca de 10% dos elementos mais pesados que estão presentes na composição química do nosso sol. Talvez simplesmente leve mais tempo para uma estrela neste aglomerado dispersar seu disco.

A segunda possibilidade é que, para uma estrela parecida com o Sol se formar quando há poucos elementos mais pesados, ela teria que começar de uma nuvem maior de gás. Uma nuvem maior de gás produzirá um disco maior. Então há mais massa no disco e, portanto, levaria mais tempo para explodir o disco, mesmo se a pressão de radiação estivesse funcionando da mesma forma.

"Com mais matéria ao redor das estrelas, a acreção dura mais tempo", disse Sabbi. "Os discos levam dez vezes mais tempo para desaparecer. Isso tem implicações em como você forma um planeta e no tipo de arquitetura de sistema que você pode ter nesses diferentes ambientes. Isso é tão emocionante."