Água congelada encontrada pela primeira vez em um sistema estelar jovem

A Terra deve sua água a um dos piores cataclismos conhecidos. Cerca de 4 bilhões de anos atrás, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno mudaram de órbita e empurraram uma terrível chuva de asteroides, cometas e outros corpos para o interior do sistema solar, onde impactaram a Lua , a Terra e o resto dos planetas rochosos. Essas bombas astronômicas, cujas cicatrizes ainda podem ser vistas em nosso satélite, estavam carregadas de gelo. Muitos astrônomos acreditam que grande parte da água do nosso planeta tem origem extraterrestre e que ela chegou no momento crucial para a vida surgir pela primeira vez.

Agora, uma equipe de astrônomos descobriu gelo de água cristalina pela primeira vez em um sistema estelar jovem além do nosso sol. O gelo de água está localizado dentro do chamado disco de detritos — um enorme anel de poeira e rochas — que orbita HD 181327, uma estrela a 155 anos-luz de distância que é semelhante ao nosso Sol. A descoberta é uma evidência importante de que o que aconteceu em nosso sistema solar pode acontecer em qualquer outro lugar do universo.

“Nesta estrela estamos vendo nosso próprio passado”, resume a astrônoma asturiana Noemí Pinilla-Alonso , coautora do estudo. O trabalho foi possível graças ao Telescópio Espacial James Webb . NASA, que permitiu a captura da luz emitida pelo disco de detritos e a identificação das moléculas presentes. O trabalho é publicado nesta quarta-feira na Nature , referência do que há de melhor em ciência no mundo.

Até agora, a presença de gelo de água só havia sido confirmada em algumas luas dos planetas gigantes, e também em planetas anões e outros corpos que formam o Cinturão de Kuiper , localizados além da órbita de Netuno. Em 2012, o Telescópio Espacial Hubble já suspeitava da presença de gelo em HD 181327, mas não conseguiu confirmá-lo. As capacidades extraordinárias dos instrumentos infravermelhos da nave espacial James Webb , lançada em 2021, confirmaram a presença do composto essencial sem sombra de dúvida.

Os astrônomos acreditam que o anel de detritos que eles observam ao redor desta estrela pode ser muito semelhante ao que existia ao redor do Sol antes dos planetas gigantes entrarem em sua órbita. A estrela tem apenas 23 milhões de anos — um mero sopro comparado aos 4,6 bilhões de anos do nosso Sol — e seu disco é cerca de três vezes maior que o Cinturão de Kuiper, abrangendo cerca de 18 bilhões de quilômetros.

“O gelo na Terra é cristalino; ele se forma sob as condições certas para assumir uma forma hexagonal”, explica Pinilla-Alonso. “O gelo amorfo, por outro lado, forma-se rapidamente e, portanto, não tem tempo para se organizar. Este é o tipo de gelo mais comum no universo. Curiosamente, no Cinturão de Kuiper, o astrônomo de Webb nos mostrou que todos os objetos com água contêm água cristalina, o mesmo tipo agora detectado em HD 181327, algo que não sabíamos antes e estamos tentando explicar”, explica.

Webb tornou possível observar a chamada linha de neve: o limite além do qual todos os elementos estão na forma de gelo. Nas partes mais próximas da estrela, a presença de gelo de água é quase inexistente devido ao calor, enquanto nas partes mais distantes ele representa até 20% da composição total.

Os astrônomos acreditam que os corpos que orbitam dentro do anel estão colidindo uns com os outros, gerando corpos maiores que podem um dia se tornar planetas. Esses impactos também espalham partículas de gelo do tamanho de milímetros por todo o sistema. A presença de monóxido de carbono e possivelmente dióxido de carbono, juntamente com minerais essenciais, também foi confirmada nesta estrela, explica Pinilla-Alonso; o que torna esse sistema ainda mais semelhante ao nosso.

“Provavelmente estamos vendo coisas muito semelhantes ao que aconteceu na origem do nosso próprio sistema solar”, explica Pinilla-Alonso. “Os sistemas solares começam com o disco protoplanetário de poeira e gás, depois discos de detritos como este e, finalmente, a formação planetária. Webb detectou a presença de gelo em todos esses estágios. Observar este disco, e provavelmente outros que virão, nos permite compreender as pontes entre essas diferentes fases pela primeira vez”, acrescenta o astrônomo, que recentemente ingressou na Universidade de Oviedo como parte do programa Atrae e foi coautor do estudo com colegas das Universidades da Flórida e do Arizona, e do Instituto do Telescópio Espacial, o centro da missão James Webb .

Guillem Anglada , pesquisador do Instituto de Astrofísica da Andaluzia (IAA-CSIC), que não participou do estudo, destaca seu valor. “É uma descoberta muito importante, embora não totalmente inesperada”, argumenta. O astrônomo se concentra no estudo de discos protoplanetários, e sua equipe confirmou a presença de gelo nesses anéis usando telescópios espaciais e terrestres. Quando a estrela atinge seu primeiro milhão de anos, sua radiação evapora quase todo o gás, deixando apenas poeira da qual se forma o disco de detritos. "Este trabalho mostra claramente que há um reservatório de gelo nas camadas mais externas que se espalha mais tarde graças à colisão" de corpos de poeira e rocha, que impactam "continuamente", argumenta Anglada.

A linha de neve marca um limite crucial aqui. Corpos carregados de gelo empurrados por planetas gigantes podem cruzar a fronteira e eventualmente colidir com planetas rochosos, formando oceanos de água líquida. "Foi isso que aconteceu no nosso sistema solar, mas é apenas uma teoria. Ainda estamos longe de saber como isso acontece, e cada caso pode ser um caso", alerta Anglada.

Um evento catastrófico como o causado pelos gigantes gasosos ainda não ocorreu na estrela observada, mas é provável que possa ocorrer. Há estudos preliminares que sugerem a presença de planetas neste cinturão. E se não houvesse nenhuma, os autores deste novo estudo estimam que elas poderiam se formar em cerca de outros 100 milhões de anos. Enquanto isso, mais perto de casa, dados continuam a se acumular sobre a possível presença de um nono planeta no sistema solar que poderia estar interrompendo o movimento de corpos gelados nas áreas mais remotas do Cinturão de Kuiper.