Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA descobriram um planeta gigante fora do nosso sistema solar, chamado exoplaneta, escondido dentro de um dos sistemas planetários mais intensamente estudados na nossa Galáxia, a Via Láctea.
A jovem estrela próxima Beta Pictoris já era conhecida por abrigar dois planetas gigantes: Beta Pictoris b, um dos primeiros exoplanetas já fotografados diretamente, e Beta Pictoris c. O recém-identificado Beta Pictoris d torna-o o segundo sistema planetário conhecido por ter pelo menos três planetas pictóricos. Ao contrário do Beta Pictoris b e c, o Beta Pictoris d foi descoberto não pela identificação de um ponto de luz brilhante, mas pela detecção da assinatura química única da sua atmosfera, uma técnica que poderia transformar a procura de mundos em torno de outras estrelas.
“Esta descoberta acrescenta mais uma peça a um sistema planetário já fascinante”, disse Aidan Gibbs, autor principal de um novo estudo publicado quarta-feira no Astrophysical Journal Letters e investigador de pós-doutoramento na Universidade da Califórnia, em 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 para nos ajudar a contar essa história.”
Este conceito artístico mostra o sistema Beta Pictoris com o exoplaneta gigante descoberto Beta Pictoris D à direita. Tem a órbita mais ampla dos três exoplanetas conhecidos no sistema.
Ilustração: NASA, ESA, CSA, STScI, Ralph Crawford (STScI)
Localizado a 63 anos-luz da Terra e com cerca de 23 milhões de anos, Beta Pictoris é um sistema próximo na Via Láctea que oferece um raro vislumbre das interações entre os planetas recém-nascidos e o disco de poeira e detritos deixados para trás na sua formação.
A equipe estima que o recém-descoberto Beta Pictoris D tenha pelo menos duas vezes a massa de Júpiter, o que o torna o menor dos três planetas gigantes conhecidos no sistema. A modelação sugere que provavelmente orbita a sua estrela a cerca de 30 unidades astronómicas de distância, comparável à região ocupada por Neptuno no nosso sistema solar. É a órbita mais larga dos três planetas conhecidos, mas ainda se encontra dentro da borda interna do disco de detritos.
Embora os astrônomos não tenham procurado outro planeta usando Webb, Beta Pictoris D apareceu enquanto a equipe usava o telescópio NIRSpec (espectrômetro infravermelho próximo) para estudar a atmosfera de Beta Pictoris B. Especificamente, eles usaram a unidade de campo integrada do NIRSpec, que adquire uma imagem e um espectro de cada pixel da imagem.
“Não estávamos procurando um novo planeta”, disse Gibbs. “Estávamos tentando entender algo que já sabíamos que existia. Então esse sinal revelador apareceu nos dados onde não esperávamos.”
Este sinal era uma série de picos e depressões nos dados espectrais onde a equipe esperava ver um espectro suave de luz refletindo na poeira. Era um padrão distinto de linhas de absorção de monóxido de carbono, espalhadas como códigos de barras, uma característica esperada nas atmosferas de planetas gigantes.
Como a espectroscopia revela não apenas a composição química, mas também o movimento do objeto, a equipe também conseguiu extrair a velocidade radial dos dados. A equipe determinou que a velocidade, posição e alinhamento do planeta com o disco de detritos são consistentes com algo que orbita Beta Pictoris, em vez de uma estrela de fundo ou uma anã marrom com monóxido de carbono em sua atmosfera.
“Havia uma fonte de luz brilhante inesperada dentro da Unidade Integrada de Imagem de Campo, mas aprendemos a não confiar nos pontos brilhantes das imagens”, disse Jean-Baptiste Rovio, cientista pesquisador da Universidade da Califórnia, em San Diego, e pesquisador principal nas primeiras observações de Webb onde a descoberta foi feita. “Eles podem ser artefatos úteis ou outras estruturas no disco de detritos. Ao obter um espectro ao mesmo tempo que a imagem, conseguimos confirmar rapidamente nossas suspeitas.”
Observações subsequentes com o MIRI (instrumento infravermelho de médio alcance) de Webb, ordenando o tempo estimado de saída, revelaram vapor de água e metano, confirmando ainda mais a identidade do planeta e proporcionando uma visão mais rica da atmosfera do planeta.
Ao contrário das imagens tradicionais, a abordagem espectroscópica permitiu aos investigadores identificar o planeta e começar a estudar a sua atmosfera desde a primeira observação.
“O espectro contém uma quantidade incrível de informações”, disse Rufio. “Você não apenas aprende que algo é um planeta, mas imediatamente começa a aprender sobre sua temperatura, química e movimento.”
Um estudo de imagem separado realizado por Ben Sutliff da Universidade de Edimburgo e Markus Pons do Observatório Europeu do Sul complementa as descobertas da equipe com dados do Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul e da webcam NIRCam (câmera infravermelha próxima) e confirmou de forma independente a presença de Beta pictórico D.
Os pesquisadores usaram a unidade de campo integrada NIRSpec (espectrômetro de infravermelho próximo) no Telescópio Espacial James Webb da NASA para mapear o conteúdo químico do sistema pictórico Beta. Como resultado, descobriram um terceiro planeta, Beta Pictoris D, orbitando a jovem estrela.
Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Leah Hostak (STScI); Ciência: Aidan Gibbs (UC San Diego), Jean-Baptiste Rovio (UC San Diego), Alexis Bidot (STScI); Processamento de imagem: Alyssa Pagan (STScI)
O recém-descoberto terceiro planeta orbitando Beta Pictoris, Beta Pictoris D, é visto em imagens reconstruídas do NIRSpec (espectrômetro de infravermelho próximo) do Telescópio Espacial James Webb da NASA.
Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI; Ciência: Aidan Gibbs (UC San Diego), Jean-Baptiste Rovio (UC San Diego); Processamento de imagem: Alyssa Pagan (STScI)
Beta Pictoris d permaneceu oculto durante anos porque está dentro de um dos discos de detritos mais brilhantes conhecidos.
O disco de poeira atua como uma neblina, espalhando a luz da estrela, tornando difícil para as técnicas convencionais de imagem distinguir entre planetas e estruturas circundantes. O método espectroscópico que a equipa utilizou com Webb ignorou eficazmente esta poeira, isolando apenas as estreitas assinaturas moleculares exclusivas da atmosfera planetária.
Os cientistas dizem que a presença do planeta pode ajudar a explicar porque é que o famoso disco de detritos tem esta borda interna bem definida e outras estruturas intrigantes. Na verdade, os astrónomos já tinham previsto a existência de um planeta como Beta Pictoris D devido à estrutura invulgar do disco.
Além de expandir a nossa compreensão de Beta Pictoris, esta descoberta demonstra uma nova forma poderosa de encontrar exoplanetas.
Este é o primeiro planeta fotografado diretamente e foi detectado principalmente através de espectroscopia de média resolução, demonstrando que os astrónomos podem identificar mundos em ambientes complexos através das suas impressões digitais atmosféricas, em vez de confiar apenas nas imagens coronais tradicionais.
Os investigadores planeiam continuar a analisar as observações de Webb para determinar melhor a temperatura do planeta, a composição atmosférica e a órbita, fornecendo uma visão mais detalhada de um dos sistemas planetários mais famosos da astronomia.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb resolve os mistérios do nosso sistema solar, olha além dos mundos distantes em torno de outras estrelas e explora as misteriosas estruturas e origens do nosso universo e o nosso lugar nele. WEB é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Espacial Canadense (Agência Espacial Canadense).
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