Astrônomos, usando o Telescópio Espacial Hubble (HST) da NASA, testemunharam as consequências impressionantes de rochas espaciais gigantes colidindo umas com as outras em um sistema planetário próximo. O que inicialmente parecia um exoplaneta reflexivo revelou-se muito mais dramático.
Os investigadores notaram pela primeira vez um ponto brilhante e pensaram que era um planeta coberto de poeira que refletia a luz da estrela. Esta explicação é interrompida quando o objeto desaparece e uma fonte de luz brilhante diferente aparece nas proximidades. Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo o astrofísico Jason Wang, da Northwestern University, percebeu que não estava vendo nenhum planeta. Em vez disso, a luz vem de nuvens de detritos brilhantes criadas por colisões violentas.
As observações revelam dois impactos separados e poderosos que criaram nuvens de poeira em expansão dentro do mesmo sistema planetário. A captura destes 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.
“É surpreendente encontrar novas fontes de luz em faixas de poeira ao redor das estrelas. Não esperávamos isso”, disse Wang. “Nossa principal hipótese é que nas últimas duas décadas vimos duas colisões de planetesimais – pequenos objetos rochosos como asteróides. As colisões de planetesimais são eventos extremamente raros e marcam a primeira vez que vimos colisões de planetesimais fora do 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 projetos de defesa planetária, como o Teste de Redirecionamento de Asteróide Duplo (DART).”
“Esta é certamente a primeira vez que vejo um ponto de luz aparecer subitamente num sistema exoplanetário,” disse o principal autor do estudo, Paul Callas, astrónomo da Universidade da Califórnia, em Berkeley. “Estava faltando em todas as nossas imagens anteriores do Hubble, o que significa que acabamos de testemunhar uma violenta colisão entre dois objetos massivos e uma enorme nuvem de detritos que era diferente de tudo no nosso sistema solar hoje.”
Wang, especializado em imagens de exoplanetas, é professor assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA).
Fomalhaut e seus desconcertantes arredores empoeirados
A colisão ocorreu no sistema planetário em torno da estrela Fomalhaut, que está localizada a cerca de 25 anos-luz da Terra, na constelação de Peixes Austral. Fomalhaut é maior que o Sol e está rodeado por grandes e complexas faixas de poeira e detritos.
“Este sistema tem uma das maiores faixas 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 chamado Fomalhaut b, que foi relatado pela primeira vez em 2008 e se encontra fora da principal faixa de poeira da estrela. Alguns investigadores acreditam que se trata de um planeta, enquanto outros suspeitam que se trata de uma nuvem de poeira espalhada por colisões.
Em 2023, novas observações do Hubble trouxeram 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. “Presumimos que a luz brilhante era Fomalhaut b porque era uma fonte de luz conhecida no sistema. No entanto, depois de comparar cuidadosamente a nossa nova imagem com imagens anteriores, percebemos que não poderia ser a mesma fonte de luz. Isto foi emocionante e confuso para nós.”
Evidência de duas colisões cósmicas independentes
O desaparecimento do objeto original, agora denominado Fomalhaut CS1, apoia a ideia de que se tratava de uma nuvem de poeira que se dissipou lentamente após a colisão. O aparecimento de uma segunda fonte brilhante, conhecida como Fomalhaut CS2, reforçou a conclusão de que nenhum dos objetos era um planeta. Em vez disso, ambos parecem ser nuvens de detritos criadas quando grandes planetesimais colidem entre si.
Tanto em brilho como em posição, o Fomalhaut CS2 é muito semelhante ao CS1 que apareceu pela primeira vez há vinte anos. Ao estudar esses eventos, a equipe conseguiu estimar a frequência com que tais colisões ocorrem no sistema.
“A teoria sugere que uma colisão deveria ocorrer a cada 100 mil anos ou mais. Aqui, em 20 anos, vimos duas”, disse Karas. “Se você tivesse um filme dos últimos 3.000 anos e ele fosse acelerado de modo que cada ano durasse apenas uma fração de segundo, imagine quantos flashes você veria durante esse tempo. O sistema planetário de Fomalhaut brilharia com essas colisões.”
Como os resultados foram inesperados, Wang conduziu uma das quatro análises independentes para confirmar a descoberta. Cada análise detectou uma nova fonte de luz transitória aproximadamente na mesma área, reforçando a conclusão de que foram observadas duas colisões independentes.
“Esta é a primeira vez que vemos algo assim”, disse Wang. “Portanto, temos de ter a certeza de que podemos confiar nas nossas imagens e de que estamos a medir corretamente as propriedades da colisão. Analisei os dados para mostrar que quatro análises independentes detetaram com segurança novas fontes perto 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 a aparência de exoplanetas ao refletir a luz das estrelas, o que pode enganar os astrônomos.
“Fomalhaut CS2 parece um planeta extrassolar refletindo a luz das estrelas”, disse Callas. “Sabemos pelos nossos estudos CS1 que enormes nuvens de poeira podem mascarar-se como planetas durante muitos anos. Este é um aviso para futuras missões destinadas a detectar exoplanetas através da luz reflectida.”
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 verdadeiros e nuvens de poeira temporárias tornar-se-á cada vez mais importante.
Volte-se para Weber e observe mais de perto
Embora o Fomalhaut CS1 tenha desaparecido, os investigadores planeiam continuar a monitorizar o sistema. O seu próximo alvo é o CS2, que pode revelar mais sobre como ocorrem as colisões em sistemas planetários jovens.
As observações futuras contarão com a câmera infravermelha próxima (NIRCam) do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA. Ao contrário do Hubble, a câmara infravermelha pode capturar informações detalhadas sobre cores, ajudando 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 sobre este sistema”, disse Wang. “Felizmente, agora temos o JWST. Temos um programa JWST aprovado para rastrear esta colisão planetesimal para compreender as propriedades da nova fonte circunstelar e dos dois planetesimais pais com os quais ela colidiu.”
A pesquisa, intitulada “Segunda Colisão Planetesimal Violenta no Sistema Fomalhaut”, foi apoiada pela NASA (prêmio número HST-GO-17139).
