Os sistemas estelares jovens são ambientes caóticos, com rochas espaciais em constante colisão. Asteroides, cometas e corpos maiores colidem entre si e às vezes ficam juntos, transformando lentamente nuvens de poeira e gelo em planetas e luas. Embora pequenos impactos sejam comuns, durante as centenas de milhões de anos que um sistema planetário leva para se formar completamente, as maiores colisões são consideradas extremamente raras, talvez ocorrendo apenas uma vez a cada 100.000 anos.
No entanto, os astrónomos descobriram agora evidências de duas colisões massivas em torno de uma estrela próxima chamada Fomalhaut, todas no espaço de apenas 20 anos. A descoberta sugere um extraordinário golpe de sorte ou que impactos massivos durante a formação do planeta podem ocorrer com mais frequência do que os cientistas pensavam anteriormente.
Os dois eventos, que apareceram pela primeira vez em 2004 e 2023, respetivamente, representam a primeira vez que os astrónomos capturaram diretamente imagens de colisões entre grandes objetos em sistemas planetários para além do nosso sistema solar.
Capturando as consequências de um impacto cósmico
“Acabamos de testemunhar a colisão de dois planetesimais e as nuvens de poeira ejetadas deste evento violento que começou a refletir a luz da estrela hospedeira”, disse Paul Kalas, principal autor do estudo e professor adjunto de astronomia na UC Berkeley. “Não podemos ver diretamente a colisão dos dois objetos, mas podemos detectar as consequências deste impacto massivo”.
Karas explicou que ao longo de dezenas de milhares de anos, a área ao redor de Fomalhaut parecia ter sido preenchida com detritos brilhantes que “brilhavam nessas colisões” – semelhantes a luzes cintilantes de férias.
Refletindo estrelas jovens no início do sistema solar
Callas começou a estudar Fomalhaut em 1993, em busca de discos de poeira que sobraram da formação do planeta. Localizado a apenas 25 anos-luz da Terra, Fomalhaut é relativamente jovem, com cerca de 440 milhões de anos, o que o torna um proxy útil para o início da história do sistema solar.
Callas finalmente descobriu um amplo disco de detritos ao redor da estrela usando o Telescópio Espacial Hubble (HST) da NASA. Em 2008, ele também relatou a descoberta de um objeto brilhante próximo ao disco que parecia um planeta. Isto marca a primeira vez que um exoplaneta foi fotografado diretamente em comprimentos de onda ópticos e foi nomeado Fomalhaut b seguindo as convenções de nomenclatura padrão.
O aparente planeta desapareceu. Os investigadores acreditam agora que o objeto não era um planeta, mas sim uma nuvem de poeira criada quando dois grandes corpos colidiram.
Quando as nuvens de poeira parecem planetas
“Este é um fenómeno novo, uma fonte pontual que aparece num sistema planetário e depois desaparece lentamente ao longo de um período de 10 anos ou mais”, disse Karas. “Ele se disfarça de planeta porque os planetas também se parecem com pequenos pontos orbitando estrelas próximas.”
Com base no brilho dos eventos de 2004 e 2023, os cientistas estimam que o impactor tinha pelo menos 60 quilómetros (37 milhas) de largura. É mais de quatro vezes o tamanho do asteróide que atingiu a Terra há 66 milhões de anos e exterminou os dinossauros. Objetos deste tamanho são chamados de planetesimais, que são semelhantes em tamanho a muitos asteróides e cometas do sistema solar, mas muito menores que planetas anões como Plutão.
“Fomalhaut é muito mais jovem que o sistema solar, mas quando o nosso sistema solar tinha 440 milhões de anos, estava cheio de planetesimais em colisão”, disse Callas. “Este é o período que estamos a olhar, quando pequenos mundos estavam a ser destruídos e até mesmo destruídos e remontados em diferentes objetos por estas colisões violentas. Num certo sentido, é como olhar para trás no tempo, para aquele período violento no nosso sistema solar, quando tinha menos de mil milhões de anos.”
As novas descobertas são descritas em um artigo programado para ser publicado on-line em 18 de dezembro na revista ciência.
Um laboratório natural para estudar a formação planetária
“O sistema Fomalhaut é um laboratório natural para detectar como os planetesimais se comportam quando colidem, dizendo-nos do que são compostos e como se formaram”, disse o co-autor do estudo Mark Wyatt, professor de astronomia na Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “O que é interessante nesta observação é que nos permite estimar o tamanho do colisor e o número de colisores no disco, informação que é quase impossível de obter de qualquer outra forma.”
Wyatt estimou que existem aproximadamente 300 milhões de planetesimais de tamanho semelhante orbitando Fomalhaut. As primeiras observações também detectaram gás monóxido de carbono em torno das estrelas, indicando que estes objetos eram ricos em materiais voláteis e muito semelhantes aos cometas gelados encontrados no nosso sistema solar.
Nuvens de poeira disfarçadas de exoplanetas
Localizada na constelação de Peixes Austral, Fomalhaut é 16 vezes mais brilhante que o Sol, o que a torna uma das estrelas mais brilhantes visíveis da Terra. Quando Callas começou a observar a estrela com o HST em 2004, descobriu um amplo anel de detritos a uma distância de 133 unidades astronómicas (UA) da estrela. Isto é mais de três vezes a distância do Sol ao Cinturão de Kuiper no sistema solar. UA é a distância média entre a Terra e o Sol, que é de 93 milhões de milhas.
A borda interna bem definida do cinturão de detritos sugere que planetas invisíveis podem estar moldando-o. Após outra observação do HST em 2006, Callas concluiu que o objeto brilhante visível nas imagens de 2004 e 2006 era um planeta. Ele reconheceu na época que poderia ser uma nuvem de poeira resultante de uma colisão, mas descartou essa explicação como improvável.
As observações subsequentes do HST em 2010, 2012, 2013 e 2014 mudaram esta visão. Na imagem final, o objeto conhecido como Fomalhaut b desapareceu completamente.
Uma segunda colisão confirmou esta explicação
Nove anos depois, após várias tentativas frustradas de recriar a imagem do sistema, Callas obteve uma nova imagem do HST que mostrava outro ponto brilhante perto da localização inicial. Esta fonte é chamada Fomalhaut CS1, abreviação de Circumstar Source 1. Um segundo novo objeto, chamado Fomalhaut CS2, apareceu nas proximidades, mas sua localização descartou a possibilidade de que fosse o mesmo objeto reaparecendo. Devido ao intervalo de nove anos entre as imagens de 2014 e 2023, os astrónomos não conseguem dizer exatamente quando o CS2 se formou pela primeira vez.
Na sua nova análise, Callas e a sua equipa internacional examinaram imagens de 2023, bem como imagens de acompanhamento de qualidade inferior tiradas em 2024. Concluíram que a luz só poderia ser explicada pela luz solar refletida numa nuvem de poeira criada pela colisão de dois planetesimais.
Karas observou que, embora o CS1 inicialmente se movesse de uma maneira consistente com um planeta em órbita, a sua trajetória mais tarde curvou-se para fora. Este comportamento é consistente com o que se esperaria de minúsculas partículas de poeira sendo separadas pela pressão da luz das estrelas. O aparecimento do CS2 reforça a conclusão de que ambos os objetos são nuvens de poeira e não planetas.
Lições para futuras missões de exoplanetas
Kalas comparou a nuvem de detritos de Fomalhaut à pluma produzida quando a missão DART (Double Asteroid Redirect Test) da NASA colidiu deliberadamente com Dimorphos, uma pequena lua que orbita o asteróide Didemos em 2022. No entanto, estima-se que as nuvens ao redor de Fomalhaut sejam cerca de um bilhão de vezes maiores.
Nos três anos seguintes, Callas teve tempo para observar com a câmera infravermelha próxima (NIRCam) do Telescópio Espacial James Webb e o HST. O objetivo é monitorar como a nuvem de poeira muda ao longo do tempo, incluindo se ela se expande e como se move pelo sistema. A nuvem já é cerca de 30% mais brilhante que o Fomalhaut CS1, e as observações de agosto de 2025 confirmaram que o CS2 ainda é visível.
Olhando para o futuro, Callas exorta os astrónomos a permanecerem cautelosos enquanto se preparam para futuras missões para obter imagens diretas de exoplanetas.
“Essas colisões que criam nuvens de poeira acontecem em todos os sistemas planetários”, disse ele. “Assim que começarmos a detectar estrelas com telescópios futuros sensíveis, como o Observatório de Mundos Habitáveis, concebido para obter imagens directas de exoplanetas semelhantes à Terra, teremos de ter cuidado porque estes pontos ténues de luz que orbitam estrelas podem não ser planetas.”
Outros coautores incluem o astrônomo pesquisador da UC Berkeley, Thomas Esposito; ex-alunos de pós-graduação da UC Berkeley Jason Wang (agora na Northwestern University em Illinois) e Michael Fitzgerald (agora na UCLA); o ex-pesquisador de pós-doutorado da UC Berkeley, Robert De Rosa, agora no Observatório Europeu do Sul, no Chile; Maxwell da UC Santa Bárbara Millar-Blanchaer; Bin Ren, Universidade de Xiamen; Maximilian Sommer, Universidade de Cambridge; e Grant Kennedy, Universidade de Warwick, Reino Unido. Esta pesquisa foi apoiada pela NASA (NAS5-26555, GO-HST-17139).
