O Telescópio Espacial James Webb da NASA descobriu um enorme exoplaneta escondido no sistema planetário mais observado da Via Láctea.
A jovem estrela próxima Beta Pictoris já era conhecida por ter dois planetas gigantes, Beta Pictoris B e Beta Pictoris C. Beta Pictoris b foi um dos primeiros exoplanetas a ser fotografado diretamente. O recentemente confirmado Beta Pictoris aumenta o número de planetas conhecidos no sistema D para três, tornando o Beta Pictoris apenas o segundo sistema planetário a conter pelo menos três planetas fotografados.
No entanto, os astrónomos inicialmente não reconheceram Beta Pictoris D como um ponto de luz brilhante. Em vez disso, identificaram-no através da assinatura química distinta da sua atmosfera. Os investigadores dizem que o método pode fornecer uma nova forma poderosa de detectar planetas em torno de outras estrelas, especialmente em ambientes onde a poeira e os detritos dificultam a obtenção de imagens convencionais.
“Esta descoberta acrescenta mais uma peça a um sistema planetário já fascinante”, disse Aidan Gibbs, principal autor de um novo estudo publicado hoje. Cartas de diários astrofísicos e pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, San Diego. “A Beta Pictoris serviu durante muito tempo como um laboratório para a compreensão de como os sistemas planetários se formam e evoluem, e agora temos outro planeta que nos ajuda a contar essa história.”
Um jovem sistema planetário perto da Terra
Beta Pictoris está a cerca de 63 anos-luz da Terra e tem aproximadamente 23 milhões de anos. A sua relativa juventude e proximidade dão aos astrónomos uma oportunidade invulgar de observar como os planetas recém-formados interagem com o disco circundante de poeira e detritos que sobraram da formação do sistema.
Os pesquisadores estimam que Beta Pictoris d tenha pelo menos o dobro da massa de Júpiter. No entanto, parece ser o menor dos três planetas gigantes conhecidos que orbitam a estrela.
A modelagem computacional indica que o planeta provavelmente viaja ao redor de Beta Pictoris a uma distância de cerca de 30 UA. Isto coloca-o numa região comparável à posição de Neptuno no nosso sistema solar. Dos três planetas conhecidos no sistema, Beta Pictoris d tem a órbita mais larga, embora ainda esteja dentro do limite interno do disco de detritos.
Um planeta descoberto por acidente
A equipe de pesquisa não estava usando a web para procurar outros planetas. Beta Pictoris d apareceu inesperadamente quando os astrônomos estavam estudando a atmosfera de Beta Pictoris b com o NIRSpec (espectrógrafo de infravermelho próximo) de Webb.
Os cientistas usaram a Unidade de Campo Integral do NIRSpec, um instrumento que registra uma imagem e um espectro para cada pixel. Um espectro separa a luz em seus comprimentos de onda componentes, permitindo aos astrônomos sondar a química e o movimento de objetos distantes.
“Não estávamos à procura de um novo planeta”, disse Gibbs. “Estávamos tentando entender algo que já sabíamos. Então, esse sinal revelador apareceu nos dados onde não esperávamos.”
Onde os pesquisadores esperavam ver um espectro suave produzido pela luz refletida na poeira, eles encontraram um padrão de picos e quedas. O sinal consistia em um arranjo semelhante a um código de barras de linhas de absorção de monóxido de carbono, uma característica normalmente esperada na atmosfera de um planeta gigante.
A espectroscopia permitiu à equipe medir a velocidade radial do objeto, que descreve seu movimento em direção ou afastamento do observador. A sua velocidade, posição e alinhamento com o disco de detritos correspondem ao que os cientistas esperariam de um planeta orbitando Beta Pictoris.
Estas medições ajudaram a descartar outras possibilidades, como uma estrela de fundo distante ou uma anã castanha que também tenha monóxido de carbono na sua atmosfera.
Evidências químicas confirmam um mundo secreto
“Houve uma fonte de luz brilhante inesperada na imagem da unidade de campo integral, mas aprendemos a não confiar nas manchas brilhantes nas imagens,” disse Jean-Baptiste Ruffio, cientista investigador da Universidade da Califórnia e investigador principal da primeira observação na web onde a descoberta foi feita. “Podem ser artefactos ou outras estruturas no disco de detritos. Ao obter um espectro ao mesmo tempo que a imagem, conseguimos confirmar rapidamente as nossas suspeitas.”
Posteriormente, os astrônomos conduzem observações de acompanhamento com o MIRI (instrumento de infravermelho médio) de Webb, a pedido do diretor. Estas observações detectaram vapor de água e metano, acrescentando mais evidências de que o objeto é um planeta e revelando mais detalhes sobre a sua atmosfera.
Este método deu aos pesquisadores uma vantagem significativa sobre a imagem tradicional. A partir das primeiras observações, eles não apenas estabeleceram que o objeto era um planeta, mas também começaram a investigar sua química atmosférica e propriedades físicas.
“Há uma quantidade incrível de informações num espectro”, diz Ruffio. “Você não apenas aprende que algo é um planeta; você imediatamente começa a aprender sobre sua temperatura, química e movimento.”
Uma investigação de imagem independente também apoiou a descoberta. O trabalho foi liderado por Ben Sutliff, da Universidade de Edimburgo, e Marcus Bones, do Observatório Europeu do Sul. Usando observações do Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul e da NIRCam (câmera infravermelha) de Webb, os pesquisadores verificaram de forma independente que Beta Pictoris D existe.
Procurando por um planeta através da névoa cósmica
Beta Pictoris d escapou à detecção durante anos porque está embutido em um dos discos de detritos mais brilhantes que os astrônomos já observaram.
A poeira no disco dispersa a luz da estrela central, criando um efeito de neblina. Este brilho torna difícil para os métodos de imagem padrão distinguir um planeta de estruturas de poeira próximas e outras fontes de luz.
A abordagem espectroscópica de Webb permite aos pesquisadores ver muito além dessa confusão. Em vez de confiar apenas no brilho visível do planeta, os cientistas isolaram os estreitos sinais moleculares que caracterizam a atmosfera do planeta.
A presença do Beta Pictoris D pode ajudar os astrônomos a compreender a aparência incomum do disco de detritos do sistema. O disco tem um limite interno bem definido e várias outras estruturas que são difíceis de interpretar.
Os astrónomos propuseram anteriormente que um planeta não descoberto semelhante a Beta Pictoris D poderia moldar o disco e produzir algumas dessas características. A sua descoberta dá agora aos investigadores uma possível explicação para a arquitectura invulgar do disco.
Um novo método para descoberta de exoplanetas
A missão faz mais do que apenas adicionar outro mundo ao sistema Beta Pictoris. Demonstra uma nova técnica para detectar exoplanetas em ambientes complexos e empoeirados.
Beta Pictoris d é o primeiro planeta com imagem direta descoberto principalmente por espectroscopia de média resolução. Os resultados mostram que os astrónomos podem identificar mundos detectando as impressões digitais moleculares das suas atmosferas sem depender inteiramente da imagem coronográfica tradicional.
Esta capacidade pode ser especialmente valiosa quando os planetas estão obscurecidos por discos de detritos brilhantes ou outras estruturas que os tornam difíceis de distinguir em imagens de telescópios comuns.
Os investigadores planeiam continuar a testar as observações de Webb para refinar as suas estimativas da temperatura, composição atmosférica e órbita do Beta Pictoris D. Estes estudos poderão fornecer uma visão mais detalhada de um dos sistemas planetários mais conhecidos fora do nosso.
Visão ampla do mundo distante da web
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo os mistérios do nosso sistema solar, olhando para mundos distantes em torno de outras estrelas e explorando a misteriosa estrutura e origens do nosso universo e o nosso lugar nele. WEB é um programa internacional liderado pelos parceiros da NASA, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
