Um planeta simplesmente desapareceu. Hubble da NASA revela um violento segredo cósmico

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 interpretação desmoronou quando o objeto desapareceu e uma fonte brilhante diferente apareceu nas proximidades. A equipe de pesquisa internacional, que incluía o astrofísico Jason Wang, da Northwestern University, percebeu que não estavam vendo planetas. Em vez disso, a luz veio de nuvens brilhantes de detritos criadas por colisões violentas.

As observações revelam dois impactos separados e poderosos que produziram nuvens de poeira em expansão dentro do mesmo sistema planetário. Capturar estes eventos em tempo real dá aos cientistas uma rara janela sobre como os planetas se formam e que tipos de materiais se juntam para construir novos mundos.

As descobertas foram publicadas em 18 de dezembro) na revista Ciência.

“Identificar uma nova fonte de luz no cinturão de poeira em torno de uma estrela foi surpreendente. Não esperávamos isso”, disse Wang. “Nossa hipótese principal é que vimos duas colisões de planetesimais – pequenos objetos rochosos, como asteróides – nas últimas duas décadas. Colisões de planetesimais são eventos extremamente raros, e isso marca a primeira vez que vimos uma fora do nosso sistema solar. Estudar colisões de planetesimais é importante para entender como os planetas se formam. Também pode nos dizer sobre a estrutura dos asteróides, que é uma informação importante para 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 aparecer do nada num sistema exoplanetário,” disse o principal autor do estudo, Paul Kalas, astrónomo da Universidade da Califórnia, em Berkeley. “Está ausente em todas as nossas imagens anteriores do Hubble, o que significa que acabámos de testemunhar uma colisão violenta entre dois objetos massivos e uma enorme nuvem de detritos, diferente de tudo o que existe hoje no nosso sistema solar.”

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).

Fomalhaut e seu intrigante ambiente empoeirado

As colisões ocorreram no sistema planetário que circunda a estrela Fomalhaut, localizada a cerca de 25 anos-luz da Terra, na constelação de Piscis Austrinus. Fomalhaut é maior que o Sol e está rodeado por um extenso 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 astrónomos debateram a natureza de um objeto brilhante conhecido como Fomalhaut b, relatado pela primeira vez em 2008, mesmo fora da principal cintura de poeira da estrela. Alguns pesquisadores pensaram que era um planeta, enquanto outros suspeitaram que fosse uma nuvem de poeira que se espalhava devido a uma colisão.

Em 2023, novas observações do Hubble acrescentaram outra reviravolta. A fonte de luz original desapareceu, mas um novo objeto brilhante apareceu numa parte ligeiramente diferente do sistema.

“Com estas observações, a nossa intenção original era monitorizar Fomalhaut b, que inicialmente pensámos ser um planeta”, disse Wang. “Assumimos que a luz brilhante era Fomalhaut b porque essa é a fonte conhecida no sistema. Mas, ao comparar cuidadosamente as nossas novas imagens com imagens anteriores, percebemos que não poderia ser a mesma fonte. Isso foi emocionante e fez-nos coçar a cabeça.”

Evidências de dois colapsos cósmicos separados

O desaparecimento do objeto original, agora denominado Fomalhaut cs1, apoia a ideia de que se tratava de uma nuvem de poeira que se dispersava lentamente após uma colisão. O aparecimento 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 criadas quando grandes planetesimais colidiram 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 localização. Ao estudar estes eventos, a equipa conseguiu estimar a frequência com que 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 fosse acelerado de modo que cada ano durasse uma fração de segundo, imagine quantos flashes você veria ao longo desse tempo. O sistema planetário de Fomalhaut estaria brilhando com essas colisões.”

Como o resultado foi tão inesperado, Wang realizou uma das quatro análises independentes para confirmar as descobertas. 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 certeza de que podemos confiar nas nossas imagens e que estamos medindo as propriedades da colisão corretamente. Analisei os números para mostrar que todas as quatro análises independentes detectam com segurança uma nova fonte na vizinhança 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 pesquisas planetárias. Grandes nuvens de poeira podem imitar de perto a aparência de um exoplaneta ao refletir a luz das estrelas, o que potencialmente engana os astrónomos.

“Fomalhaut cs2 parece exatamente com um planeta extrassolar refletindo a luz das estrelas”, disse Kalas. “O que aprendemos ao estudar cs1 é que uma grande nuvem de poeira pode mascarar-se como um planeta durante muitos anos. Esta é uma nota de advertência para futuras missões que visem 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.

Recorrendo a Webb para uma análise mais detalhada

Embora o Fomalhaut cs1 tenha desaparecido, os pesquisadores planejam continuar monitorando o sistema. O seu próximo alvo é o cs2, que pode revelar mais sobre como as colisões se desenrolam 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 dos grãos de poeira, incluindo se contêm água ou gelo.

“Devido à idade do Hubble, ele não consegue mais coletar dados confiáveis ​​do sistema”, disse Wang. “Felizmente, agora temos o JWST. Temos um programa JWST aprovado para acompanhar esta colisão planetesimal para compreender a nova fonte circunstelar e a natureza dos seus dois planetesimais pais que colidiram.”

O estudo, “Uma segunda colisão planetesimal violenta no sistema Fomalhaut”, foi apoiado pela NASA (prêmio número HST-GO-17139).