James Webb descobre uma quantidade recorde de hidrocarbonetos ao redor de uma estrela jovem

Uma equipe de pesquisa internacional, envolvendo cientistas do CEA, acaba de revelar a composição química de um disco de matéria em rotação ao redor de uma jovem estrela onde estão se formando novos planetas. Os resultados revelam o maior número de moléculas contendo carbono já observadas em um disco desse tipo, algumas das quais detectadas pela primeira vez fora do nosso sistema solar.


Essas descobertas têm implicações na composição potencial dos planetas em formação ao redor dessa estrela. Esses resultados, publicados na revista Science na quinta-feira, 6 de junho, foram obtidos no âmbito do programa de tempo garantido do instrumento MIRI, desenvolvido por um consórcio de laboratórios na Europa e nos Estados Unidos.

O estudo dos discos protoplanetários

Os planetas rochosos são muito comuns ao redor de estrelas de massa muito baixa (menos de 0,3 massa solar), como exemplificado pelo famoso sistema planetário TRAPPIST-1.

No entanto, sabe-se pouco sobre a química desses mundos, que podem ser semelhantes ou muito diferentes da Terra. Estudando os discos a partir dos quais esses planetas se formam, chamados discos protoplanetários, os astrônomos esperam compreender melhor o processo de formação dos planetas e a composição dos planetas resultantes.


Os discos protoplanetários ao redor de estrelas de massa muito baixa (cf. Figura 2) são difíceis de estudar porque são menores e menos luminosos do que os discos ao redor de estrelas mais massivas. O programa chamado MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) visa usar as capacidades únicas do telescópio espacial James Webb (JWST) para fazer a ligação entre as propriedades dos discos e as propriedades dos exoplanetas.

Um coquetel de moléculas detectadas ao redor da jovem estrela ISO-ChaI-147

Em um novo estudo, essa equipe explorou a região ao redor de uma estrela de massa muito baixa conhecida como ISO-ChaI-147, uma estrela com 1 a 2 milhões de anos, cuja massa é apenas 0,11 vezes a do Sol.

O espectro revelado pelo instrumento MIRI do JWST mostra a química de hidrocarbonetos mais rica observada até hoje em um disco protoplanetário - um total de 13 moléculas carbonadas diferentes (cf. Figura 3). A equipe detectou pela primeira vez o etano (C2H6) fora do nosso sistema solar, bem como o etileno (C2H4), o propino (C3H4) e o radical metil CH3.

"É incrível que possamos detectar e quantificar a quantidade de moléculas que conhecemos bem na Terra, como o benzeno, em um objeto situado a mais de 600 anos-luz", explica Agnès Perrin, pesquisadora do CNRS no Laboratório de Meteorologia Dinâmica (LMD - CNRS/ENS-PSL/IPP/Sorbonne Université).

"Ano passado, já havíamos descoberto uma grande quantidade de acetileno (C2H2), diacetileno (C4H2) e benzeno (C6H6) em um disco ao redor de uma estrela similar. Aqui, é um coquetel ainda mais rico de moléculas que é descoberto, confirmando que os discos ao redor deste tipo de estrela são verdadeiras fábricas de hidrocarbonetos", acrescenta Benoît Tabone, pesquisador do CNRS no Instituto de Astrofísica Espacial (IAS - Université Paris-Saclay/CNRS).

Uma visão mais precisa dos discos ao redor das estrelas de massa muito baixa?

Esses resultados têm implicações importantes para a química do disco interno e dos planetas que podem se formar nele. Como o JWST revelou que o gás presente no disco é rico em carbono, é provável que haja pouco carbono restante nos materiais sólidos a partir dos quais os planetas se formariam. Consequentemente, os planetas rochosos que poderiam se formar seriam, em última análise, pobres em carbono.


Esses trabalhos destacam a necessidade crucial de colaboração entre diferentes disciplinas científicas. A equipe observa que esses resultados e os dados que os acompanham podem contribuir para outras áreas, incluindo física teórica, química e astroquímica, a fim de interpretar os espectros e estudar novas assinaturas espectroscópicas de moléculas nesta faixa de comprimentos de onda.