Planetas têm prazo para se formar? James Webb revela ‘corrida contra o tempo’

Planetas gigantes como Júpiter e Saturno precisam se formar antes que sua principal matéria-prima desapareça. Novas observações do Telescópio Espacial James Webb mostram como ventos, jatos e radiação retiram gradualmente o gás dos discos onde novos mundos se desenvolvem.

Pesquisadores analisaram 72 estrelas jovens semelhantes ao Sol e seus discos protoplanetários. O levantamento revelou que diferentes mecanismos dominam a perda de gás conforme esses sistemas envelhecem.

O estudo, liderado por Naman Bajaj, da Universidade do Arizona, com participação de Uma Gorti, do Instituto SETI, foi publicado na revista científica The Astronomical Journal. Os resultados ajudam a explicar por que a formação de planetas funciona como uma corrida contra o tempo. Quando o gás do disco acaba, planetas em desenvolvimento perdem a oportunidade de acumular as grandes atmosferas necessárias para se tornarem gigantes gasosos.

Planetas nascem em discos de gás e poeira

Estrelas jovens são cercadas por discos protoplanetários, estruturas compostas principalmente por gás e poeira. É dentro deles que os planetas começam a se formar.

Nos primeiros milhões de anos do Sistema Solar, o Sol também estava cercado por um desses discos. Na época, havia aproximadamente 100 vezes mais gás do que poeira. Quase todo esse material desapareceu posteriormente.

Entender como e quando isso acontece é importante para explicar a formação de diferentes tipos de planetas. Gigantes gasosos dependem, principalmente, desse material. Se o disco perder gás rapidamente, os planetas em formação podem não ter tempo suficiente para acumular atmosferas massivas.

James Webb acompanhou como o gás escapa

Para investigar esse processo, os pesquisadores utilizaram observações feitas pelo instrumento MIRI, que opera no infravermelho médio do James Webb. As 72 estrelas analisadas estão em diferentes estágios de desenvolvimento. Juntas, funcionam como uma sequência de momentos distintos da evolução dos sistemas planetários.

Os cientistas procuraram principalmente dois sinais do material que deixa os discos: hidrogênio molecular e néon ionizado.

O hidrogênio molecular é a molécula mais abundante nesses discos. A sensibilidade do James Webb permitiu observar diretamente esse gás e diferenciá-lo de jatos e outros ventos identificados por meio do néon.

Emissões extensas de hidrogênio molecular e néon ionizado foram encontradas em 66 dos 72 discos. Os pesquisadores identificaram ventos cônicos de hidrogênio molecular em 46 sistemas e jatos de néon de alta velocidade em 40.

Ventos dominam os sistemas planetários mais jovens

Nos sistemas mais novos, ainda existe grande quantidade de matéria caindo em direção à estrela central. Nessa fase, os pesquisadores observaram jatos poderosos e amplos ventos de gás molecular e atômico.

Os resultados são compatíveis com ventos impulsionados por campos magnéticos que atravessam o disco. O gás pode acompanhar essas linhas de campo para fora do sistema, retirando material do disco.

Esse cenário muda conforme o sistema envelhece. Com a redução da quantidade de matéria que chega à estrela, os jatos enfraquecem e o gás que escapa torna-se progressivamente mais atômico.

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Radiação ganha importância com o passar do tempo

Quando o disco fica menos denso, a radiação de alta energia emitida pela estrela consegue penetrar mais profundamente no material restante. Essa energia aquece o gás até que ele consiga escapar do disco. O processo é conhecido como fotoevaporação.

As observações indicam que esse mecanismo se torna mais importante à medida que os discos envelhecem e os jatos e ventos associados aos campos magnéticos perdem força. Isso significa que não existe apenas um processo responsável por retirar a matéria dos discos protoplanetários.

Os sistemas mais jovens parecem começar dominados por jatos e ventos poderosos. Posteriormente, ventos atômicos, incluindo aqueles associados à fotoevaporação, ganham importância.

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Formação de planetas vira uma corrida contra o tempo

Essa transformação afeta diretamente os mundos que ainda estão se formando. Planetas gigantes precisam acumular grandes quantidades de gás enquanto o disco ainda possui material suficiente. Se essa reserva desaparecer antes, eles deixam de ter acesso à matéria necessária para construir atmosferas massivas.

O novo trabalho amplia uma observação realizada pela mesma equipe em 2024. Na ocasião, o James Webb registrou gás sendo transportado para longe do disco ao redor da jovem estrela T Cha.

Agora, a análise de dezenas de sistemas mostra como o equilíbrio entre jatos, ventos moleculares e ventos atômicos muda conforme as estrelas e seus discos evoluem.

Os pesquisadores pretendem determinar quanto gás esses mecanismos conseguem remover ao longo do tempo e de quais regiões dos discos o material escapa. Essas medições poderão ajudar a estabelecer quanto tempo diferentes regiões permanecem capazes de fornecer matéria para a formação de planetas antes que seu estoque de gás desapareça.