O Telescópio Espacial James Webb da NASA descobriu um exoplaneta gigante escondido dentro de um dos sistemas planetários mais examinados da Via Láctea.
A jovem estrela próxima Beta Pictoris já era conhecida por ter dois planetas massivos, Beta Pictoris b e Beta Pictoris c. Beta Pictoris b foi um dos primeiros exoplanetas fotografados diretamente. O recentemente confirmado Beta Pictoris d aumenta a contagem de planetas conhecidos do sistema para três, tornando o Beta Pictoris apenas o segundo sistema planetário conhecido por 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 esta abordagem pode oferecer uma nova forma poderosa de localizar planetas em torno de outras estrelas, particularmente 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, autor principal de um novo estudo publicado na revista Cartas de diários astrofísicos e pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, San Diego. “A Beta Pictoris serviu durante muito tempo como laboratório para a compreensão de como os sistemas planetários se formam e evoluem, e agora temos outro planeta a ajudar-nos a contar essa história.”
Um jovem sistema planetário próximo da Terra
Beta Pictoris fica a cerca de 63 anos-luz da Terra e tem cerca de 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. Mesmo assim, 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 unidades astronômicas. Isto coloca-o numa região comparável à localização 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 Webb para procurar outro planeta. Beta Pictoris d apareceu inesperadamente enquanto os astrônomos estudavam a atmosfera de Beta Pictoris b com o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) 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 investigar a química e o movimento de objetos distantes.
“Não estávamos à procura de um novo planeta”, disse Gibbs. “Estávamos tentando entender um que já sabíamos que existia. 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 continha linhas de absorção de monóxido de carbono dispostas numa sequência semelhante a um código de barras, uma característica normalmente esperada nas atmosferas de planetas gigantes.
A espectroscopia também permitiu à equipe medir a velocidade radial do objeto, que descreve seu movimento em direção ou afastamento do observador. A sua velocidade, localização e alinhamento com o disco de detritos correspondiam ao que os cientistas esperariam de um planeta orbitando Beta Pictoris.
Estas medições ajudaram a excluir outras possibilidades, como uma estrela de fundo distante ou uma anã castanha cuja atmosfera também continha monóxido de carbono.
Evidências Químicas Confirmam um Mundo Oculto
“Houve uma inesperada fonte brilhante de luz nas imagens 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, em San Diego, e investigador principal das primeiras observações de Webb onde a descoberta foi feita. “Eles podem ser artefatos instrumentais ou outras estruturas no disco de detritos. Ao obter um espectro ao mesmo tempo que a imagem, conseguimos confirmar rapidamente nossas suspeitas.”
Posteriormente, os astrônomos conduziram observações de acompanhamento com o MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) de Webb por meio de uma solicitação de Tempo Discricionário do Diretor. Essas observações detectaram vapor de água e metano, acrescentando mais evidências de que o objeto era um planeta e revelando mais detalhes sobre a sua atmosfera.
Este método deu aos pesquisadores uma vantagem importante sobre a imagem tradicional. Desde a primeira observação, eles puderam não só estabelecer que o objeto era um planeta, mas também começar a investigar a sua química atmosférica e propriedades físicas.
“Um espectro contém uma quantidade incrível de informações”, disse Ruffio. “Você não aprende apenas 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. Esse trabalho foi liderado por Ben Sutlieff, da Universidade de Edimburgo, e Markus Bonse, do Observatório Europeu do Sul. Usando observações do Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul e da NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb, os investigadores verificaram de forma independente que Beta Pictoris d existe.
Encontrando um planeta através da névoa cósmica
O Beta Pictoris d evitou ser detectado durante anos porque está embutido em um dos discos de detritos mais brilhantes que os astrônomos já observaram.
A poeira no disco espalha a luz da estrela central, criando um efeito semelhante ao nevoeiro. Esse brilho torna difícil para os métodos de imagem padrão separar um planeta das estruturas de poeira próximas e de outras fontes de luz.
O método espectroscópico de Webb permitiu aos pesquisadores superar grande parte dessa confusão. Em vez de confiar apenas no brilho visível do planeta, os cientistas isolaram sinais moleculares estreitos que são característicos de uma atmosfera planetária.
A presença do Beta Pictoris d também pode ajudar os astrônomos a compreender a aparência incomum do disco de detritos do sistema. O disco tem um limite interno bem definido, juntamente com várias outras estruturas que têm sido difíceis de explicar.
Os astrónomos já tinham proposto que um planeta não descoberto semelhante a Beta Pictoris d poderia estar a moldar o disco e a produzir algumas dessas características. A sua descoberta dá agora aos investigadores uma possível explicação para a arquitectura invulgar do disco.
Um novo método para descobrir exoplanetas
A descoberta faz mais do que adicionar outro mundo ao sistema Beta Pictoris. Demonstra uma nova estratégia para detectar exoplanetas em ambientes complicados e poeirentos.
Beta Pictoris d é o primeiro planeta com imagem direta descoberto principalmente através de espectroscopia de resolução moderada. O resultado mostra que os astrónomos podem localizar mundos identificando as impressões digitais moleculares das suas atmosferas, em vez de dependerem inteiramente das imagens coronográficas tradicionais.
Essa capacidade pode ser especialmente valiosa quando os planetas estão escondidos por discos de detritos brilhantes ou outras estruturas que os tornam difíceis de distinguir em imagens de telescópios comuns.
Os investigadores pretendem continuar a examinar as observações de Webb para refinar as suas estimativas da temperatura, composição atmosférica e órbita do Beta Pictoris d. Esses estudos poderiam fornecer uma visão ainda mais detalhada de um dos sistemas planetários mais conhecidos além do nosso.
A visão expansiva de mundos distantes de Webb
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
