Novas medições do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA detectaram vapor de água no disco interno do sistema PDS 70, localizado a 370 anos-luz de distância, na constelação do Centauro. Essa descoberta pode fornecer informações importantes sobre a chegada da água na Terra, essencial para a vida como a conhecemos.

A estrela PDS 70 foi identificada pela primeira vez em um levantamento feito no Observatório do Pico dos Dias do Laboratório Nacional de Astrofísica (OPD/LNA), o Pico dos Dias Survey (PDS), que contou com a colaboração do Observatório Nacional, unidade de pesquisa vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (ON/MCTI). O pesquisador emérito do ON, Dr. Ramiro de la Reza, participou da descoberta.

O sistema PDS 70 tem cerca de 5 milhões de anos e hospeda um disco interno e um disco externo de gás e poeira, separados por uma lacuna de 8 bilhões de quilômetros de largura. Dentro dessa lacuna estão dois planetas gigantes gasosos conhecidos: PDS 70b e PDS 70c.

O sistema PDS 70 apresenta uma estrela em seu centro e pelo menos dois planetas orbitando-a, PDS 70b (não visível na imagem) e PDS 70c. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Por meio de medições do MIRI (Mid-Infrared Instrument) do JWST, pesquisadores detectaram vapor de água no disco interno do sistema, a distâncias de menos de 160 milhões de quilômetros da estrela. Trata-se da região onde planetas rochosos e terrestres podem estar se formando no sistema.

Conforme destacou a NASA em um comunicado, esta é a primeira detecção de água na região terrestre de um disco já conhecido por hospedar dois ou mais protoplanetas.

“Vimos água em outros discos, mas não tão perto e em um sistema onde os planetas estão se formando. Não podíamos fazer este tipo de medição antes do Webb,” disse a principal autora Giulia Perotti do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) em Heidelberg, Alemanha.

De acordo com o diretor do MPIA, Thomas Henning, coautor do artigo, a descoberta é extremamente empolgante, pois investiga a região onde os planetas rochosos semelhantes à Terra normalmente se formam.

PDS 70 é uma estrela do tipo K, mais fria que o nosso Sol, e tem uma idade estimada de 5,4 milhões de anos. Isso é relativamente antigo em termos de estrelas com discos formadores de planetas, o que tornou surpreendente a descoberta do vapor d'água.

Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Com o tempo, o gás e a poeira dos discos planetários diminuem. Isso ocorre porque a radiação da estrela central e os ventos dispersam o material, ou a poeira se aglomera para formar objetos maiores, que eventualmente se tornam planetas. Estudos anteriores não conseguiram detectar água nas regiões centrais de discos com idades semelhantes. Isso levou os astrônomos a suspeitarem que a forte radiação estelar pode impossibilitar a sobrevivência de água, resultando em um ambiente seco para a formação de planetas rochosos.

A detecção de vapor d'água implica que, se planetas rochosos estiverem se formando  dentro do disco interno da PDS 70, eles terão água disponível desde o início. No entanto, os pesquisadores ainda não detectaram nenhum planeta se formando na região.

A equipe do MINDS considerou dois cenários diferentes para explicar sua descoberta. Uma possibilidade é que as moléculas de água estejam se formando no local a partir da combinação de átomos de hidrogênio e oxigênio. Uma segunda possibilidade é que as partículas de poeira cobertas de gelo estão sendo transportadas do disco externo frio para o disco interno quente, onde o gelo de água sublima e se transforma em vapor.

De acordo com os cientistas envolvidos na descoberta, tal sistema de transporte seria surpreendente. Afinal, a poeira teria que atravessar a grande lacuna esculpida pelos dois planetas gigantes.

Agora, a equipe usará mais dois instrumentos do JWST, NIRCam (Near-Infrared Camera) e NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), para estudar o sistema PDS 70 em um esforço para obter uma compreensão ainda maior. A descoberta foi publicada na revista Nature no dia 24 de julho.

Contribuição do ON e da Ciência Brasileira

A estrela PDS 70 é uma das muitas listadas na Pico dos Dias Survey (PDS), iniciativa nacional que teve início em 1989 com o objetivo de buscar astros estelares jovens.

"A astronomia Brasileira nos anos de 1980 a 1990 teve a chance de estar no momento e no lugar certo para fazer descobertas importantes. Tudo começou, ironicamente, mas com um certo simbolismo, com um trabalho de iniciação científica no ON", relata Ramiro de la Reza.

A ideia era fazer uma busca cega por estrelas T-Tauri, uma fase evolutiva de estrelas parecidas com o Sol, em um estágio anterior à fase em que o Sol se encontra hoje. As estrelas se formam a partir do colapso gravitacional de uma nuvem de gás e poeira. A maior parte do material da nuvem vai formar a estrela no centro, mas uma pequena parte se deposita para formar um disco em torno da estrela. Este disco é rico em poeira e obscurece a estrela central, por isso, observamos as estrelas nessa fase, chamada de T-Tauri,  principalmente no infravermelho. Uma parte do material do disco é atraído para a estrela e a outra parte vai formar os planetas, satélites e asteroides.

Para fazer uma busca cega, é preciso definir algum critério de cores dos objetos de interesse. Neste caso, a seleção de alvos foi baseada na fotometria no infravermelho medida pelo telescópio espacial IRAS. As observações foram feitas com o telescópio de 1,60m do Observatório do Pico dos Dias e o espectrógrafo Coudé, em uma região espectral que contém uma linha do hidrogênio, que confirma a presença do disco se estiver em emissão,  e uma linha do lítio, um importante marcador de idade das estrelas. A equipe contava com pesquisadores e estudantes  de diversos institutos de pesquisa e universidades do Brasil.

O catálogo PDS revelou um grande número de objetos interessantes, tais como estrelas HAeBe (estrelas de alta massa na fase pré-sequência principal), gigantes ricas em lítio (o número de estrelas desse tipo conhecidas até então foi dobrado com o PDS) e várias candidatas a T-Tauri, como a PDS 70. O catálogo PDS foi usado durante muito tempo como ponto de partida para estudos aprofundados de sistemas similares a fim de detectar novos  exoplanetas.