Astrônomos que usaram o Telescópio Espacial Hubble (HST) da NASA testemunharam as consequências surpreendentes de rochas espaciais gigantes colidindo umas com as outras em sistemas planetários próximos. O que inicialmente parecia um exoplaneta reflexivo revelou-se muito mais dramático.
Os investigadores notaram pela primeira vez um ponto de luz brilhante e presumiram que se tratava de um planeta coberto de poeira que refletia o brilho da sua estrela. Essa explicação desmorona quando o objeto desaparece e uma fonte brilhante diferente aparece nas proximidades. A equipe de pesquisa internacional, que incluía o astrofísico Jason Wang, da Northwestern University, percebeu que não estava vendo nenhum planeta. Em vez disso, a luz veio de uma nuvem de detritos criada pela violenta colisão.
As observações revelam dois impactos separados e poderosos que criaram nuvens de poeira em expansão dentro do mesmo sistema planetário. A captura destes eventos em tempo real dá aos cientistas uma rara janela sobre como os planetas se formam e que tipos de materiais se combinam para formar novas Terras.
Os resultados foram publicados na revista de dezembro ciência.
“Encontrar uma nova fonte de luz no cinturão de poeira ao redor de uma estrela foi surpreendente. Não esperávamos isso”, disse Wang. “Nossa hipótese inicial é que vimos duas colisões planetárias nas últimas duas décadas – pequenos objetos rochosos, como asteróides – colisões com asteróides. As colisões planetárias são extremamente raras e esta é a primeira vez que vimos uma fora do nosso sistema solar. É importante estudar as colisões planetárias, é importante entender quais informações podem nos dizer sobre a formação de planetas. Programas de defesa planetária como o Teste de Redirecionamento de Asteróides Duplos (DART).”
“Esta é certamente a primeira vez que vejo um ponto de luz de qualquer lugar num sistema exoplanetário,” disse o principal autor do estudo, Paul Kalas, astrónomo da Universidade da Califórnia, em Berkeley. “Está faltando em todas as nossas imagens anteriores do Hubble, o que significa que acabamos de ver uma colisão violenta entre dois objetos massivos e uma enorme nuvem de detritos, diferente de qualquer outra coisa em nosso sistema solar hoje.”
Wang é especialista em imagens de exoplanetas e é professor assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern, bem como membro do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA).
Fomalhout e seus maravilhosos arredores empoeirados
As colisões ocorreram no sistema planetário que circunda a estrela Fomalhaut, a cerca de 25 anos-luz da Terra, na constelação de Peixes Austrinos. Fomalhaut é maior que o Sol e está rodeado por um amplo 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 de um objeto brilhante conhecido como Fomalhaut b, relatado pela primeira vez em 2008, fora do principal cinturão de poeira da estrela. Alguns pesquisadores pensaram que era um planeta, enquanto outros suspeitaram que fosse poeira da colisão.
Em 2023, novas observações do Hubble acrescentaram outra reviravolta. A fonte de luz original desapareceu, mas um novo objeto brilhante aparece numa parte ligeiramente diferente do sistema.
“Com estas observações, o nosso principal objetivo era observar Fomalhat b, que inicialmente pensávamos ser um planeta”, disse Wang. “Presumimos que a luz brilhante era Fomalhaut B porque era a fonte conhecida no sistema. Mas, depois de comparar cuidadosamente as nossas novas imagens com imagens anteriores, percebemos que não poderia ser a mesma fonte. Isto foi emocionante e deixou-nos coçando a cabeça.”
Evidência de dois colapsos cósmicos separados
O desaparecimento do objeto pai, agora denominado Fomalhaut cs1, apoia a ideia de que se tratava de uma nuvem de poeira que se dissipava lentamente após uma colisão. A presença 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 quando grandes corpos planetários colidem 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 posição. Ao estudar estes fenómenos, a equipa conseguiu estimar com que frequência 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 crescesse uma fração de segundo a cada ano, imagine quantos flashes você veria nesse período. O sistema planetário de Fomalhaut estaria brilhando com esta colisão.”
Como o resultado foi inesperado, Wang realizou uma das quatro análises independentes para confirmar os resultados. Cada análise detectou uma nova fonte de luz transitória aproximadamente na mesma região, reforçando a conclusão de que foram observadas duas colisões separadas.
“Esta é a primeira vez que vemos algo assim”, disse Wang. “Portanto, tivemos que ter a certeza de que podíamos confiar nas nossas imagens e que estávamos a medir corretamente as propriedades da colisão. Analisei os números para mostrar que quatro análises independentes detetaram com segurança uma nova fonte em torno da estrela.”
Por que as nuvens de poeira podem enganar os caçadores de planetas
Além de revelar colisões ativas, a descoberta também serve como um alerta para futuras explorações planetárias. Grandes nuvens de poeira podem imitar de perto a aparência de um exoplaneta, refletindo a luz das estrelas, o que pode confundir os astrônomos.
“Fomalhat CS2 parece exatamente com um planeta extrassolar refletindo a luz das estrelas”, disse Kalas. “O que aprendemos com o estudo CS1 é que uma grande nuvem de poeira pode disfarçar-se como um planeta durante muitos anos. Esta é uma nota de advertência para futuras missões destinadas a detectar planetas extrasolares 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.
Acesse a web para ver mais de perto
Embora o Fomalhaut cs1 tenha desaparecido, os pesquisadores planejam continuar monitorando o sistema. O seu próximo alvo é o cs2, que poderá revelar mais sobre como ocorrem as colisões em sistemas planetários jovens.
As observações futuras contarão com a câmera Near-Infrared (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 sobre o sistema”, disse Wang. “Felizmente, agora temos o JWST. Temos um programa JWST dedicado para acompanhar essas colisões planeta-estrela para compreender a natureza da nova fonte circunstelar e dos dois planetas-mãe que colidiram.”
O estudo, “Segunda Colisão Planetária Violenta no Sistema Fomalhaut”, foi apoiado pela NASA (prêmio número HST-GO-17139).
