Os sistemas planetários levam milhões de anos para se formar, o que representa um grande desafio para os astrônomos.
Como você identifica em qual estágio eles estão ou os categoriza? A melhor abordagem é olhar para muitos exemplos e continuar adicionando aos dados que temos – e o próximo James Webb Space Telescope da NASA será capaz de fornecer um inventário infravermelho. Pesquisadores usando o James Webb observarão 17 sistemas planetários em formação ativa. Esses sistemas específicos foram previamente pesquisados pelo Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), o maior radiotelescópio do mundo, para o Projeto de Subestruturas de Disco em Alta Resolução Angular (DSHARP).
O James Webb medirá espectros que podem revelar moléculas nas regiões internas desses discos protoplanetários, complementando os detalhes que o ALMA forneceu sobre as regiões externas dos discos. Essas regiões internas são onde planetas rochosos semelhantes à Terra podem começar a se formar, o que é um dos motivos pelos quais queremos saber mais sobre quais moléculas existem ali.
Uma equipe de pesquisa liderada por Colette Salyk do Vassar College em Poughkeepsie, Nova York, e Klaus Pontoppidan do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, buscam os detalhes encontrados na luz infravermelha. “Assim que você mudar para luz infravermelha, especificamente para o alcance do James Webb em luz infravermelha média, seremos sensíveis às moléculas mais abundantes que carregam elementos comuns”, explicou Pontoppidan.
Os pesquisadores poderão avaliar as quantidades de água, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano e amônia – entre muitas outras moléculas – em cada disco. De maneira crítica, eles serão capazes de contar as moléculas que contêm elementos essenciais à vida como a conhecemos, incluindo oxigênio, carbono e nitrogênio. Como? Com a espectroscopia: o James Webb irá capturar toda a luz emitida no centro de cada disco protoplanetário como um espectro, que produz um padrão detalhado de cores com base nos comprimentos de onda da luz emitida. Uma vez que cada molécula imprime um padrão único no espectro, os pesquisadores podem identificar quais moléculas estão lá e construir inventários do conteúdo dentro de cada disco protoplanetário. A força desses padrões também carrega informações sobre a temperatura e a quantidade de cada molécula.
“Os dados do James Webb também nos ajudarão a identificar onde as moléculas estão dentro do sistema geral”, disse Salyk. “Se estiverem quentes, isso significa que estão mais perto da estrela. Se estiverem mais frios, podem estar mais longe.” Essas informações espaciais ajudarão a informar os modelos que os cientistas constroem à medida que continuam examinando os dados deste programa.
Saber o que está nas regiões internas dos discos também traz outros benefícios. A água, por exemplo, chegou a esta área, onde os planetas habitáveis podem estar se formando? “Uma das coisas que são realmente incríveis sobre os planetas – mude a química um pouco e você poderá obter esses mundos dramaticamente diferentes”, continuou Salyk. “É por isso que estamos interessados na química. Estamos tentando descobrir como os materiais inicialmente encontrados em um sistema podem terminar como diferentes tipos de planetas.”
Se isso soar como um empreendimento significativo, não se preocupe – será um esforço da comunidade. Este é um Programa de Tesouraria James Webb, o que significa que os dados são liberados assim que são levados a todos os astrônomos, permitindo que todos puxem os dados imediatamente, comecem a avaliar o que está em cada disco e compartilhem suas descobertas.
“Os dados infravermelhos do James Webb serão estudados intensamente”, acrescentou o co-investigador Ke Zhang da Universidade de Wisconsin-Madison. “Queremos que toda a comunidade de pesquisa seja capaz de abordar os dados de diferentes ângulos.”
Por que o exame de perto?
Vamos dar um passo para trás, para ver a floresta por causa das árvores. Imagine que você está em um barco de pesquisa na costa de um terreno distante. Esta é a visão mais ampla. Se você pousasse e desembarcasse, poderia começar a contar quantas árvores existem e quantas de cada espécie de árvore. Você poderia começar a identificar insetos e pássaros específicos e comparar os sons que ouviu no mar com os chamados que ouve sob as copas das árvores. Essa catalogação detalhada é muito semelhante ao que o James Webb vai capacitar os pesquisadores fazendo – mas trocar árvores e animais por elementos químicos.
Os discos protoplanetários neste programa são muito brilhantes e relativamente próximos da Terra, tornando-os excelentes alvos para estudo. É por isso que foram pesquisados pelo ALMA. É também por isso que os pesquisadores os estudaram com o Telescópio Espacial Spitzer da NASA. Esses objetos só foram estudados em profundidade desde 2003, tornando este um campo de pesquisa relativamente mais recente. Há muito que o James Webb pode acrescentar ao que sabemos.
O instrumento infravermelho médio do telescópio (MIRI) oferece muitas vantagens. A localização do James Webb no espaço significa que ele pode capturar toda a gama de luz infravermelha média (a atmosfera da Terra a filtra). Além disso, seus dados terão alta resolução, o que revelará muito mais linhas e oscilações nos espectros que os pesquisadores podem usar para descobrir moléculas específicas.
Os pesquisadores também foram seletivos sobre os tipos de estrelas escolhidas para essas observações. Esta amostra inclui estrelas que têm cerca de metade da massa do Sol a cerca de duas vezes a massa do Sol. Porque? O objetivo é ajudar os pesquisadores a aprender mais sobre os sistemas que podem ser semelhantes ao nosso quando se formaram. “Com esta amostra, podemos começar a determinar se há alguma característica comum entre as propriedades dos discos e sua química interna”, continuou Zhang. “Eventualmente, queremos ser capazes de prever quais tipos de sistemas são mais propensos gerando planetas habitáveis.”
Começando a responder a grandes perguntas
Esse programa também pode ajudar os pesquisadores a começar a responder a algumas perguntas clássicas: As formas assumidas por alguns dos elementos mais abundantes encontrados nos discos protoplanetários, como carbono, nitrogênio e oxigênio, são “herdados” das nuvens interestelares que os formaram? Ou a mistura precisa de produtos químicos muda com o tempo? “Achamos que podemos obter algumas dessas respostas fazendo inventários com o James Webb”, explicou Pontoppidan. “Obviamente, é uma quantidade enorme de trabalho sendo feito – e não pode ser feito apenas com esses dados – mas acho que vamos fazer grandes progressos.”
Pensando de forma ainda mais ampla sobre os espectros incrivelmente ricos que o James Webb fornecerá, Salyk acrescentou: “Espero ver coisas que nos surpreenderão e então começaremos estudando essas descobertas serendipitosas.”
Esta pesquisa será conduzida como parte dos programas o James Webb General Observer (GO), que são selecionados competitivamente usando um sistema de revisão anônimo duplo, o mesmo sistema que é usado para alocar tempo no Telescópio Espacial Hubble.
O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório de ciências espaciais do mundo quando for lançado em 2021. O James 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 iniciar. O James Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadense.
Publicado em 25/09/2021 16h18
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