Webb e Hubble encontram pequenos mundos além de Netuno que podem preservar sua origem

Os menores mundos conhecidos além de Netuno começaram a colocar em xeque uma ideia antiga sobre o Cinturão de Kuiper: a de que colisões deveriam ter triturado muitos objetos, produzindo uma grande quantidade de fragmentos pequenos e renovando repetidamente suas superfícies. Uma pesquisa conjunta do Hubble e do Telescópio Espacial James Webb, porém, encontrou menos objetos transnetunianos (TNOs, na sigla em inglês) ultrafracos do que o esperado. Além disso, as cores desses corpos se parecem com as de membros maiores de suas respectivas populações orbitais. Juntos, os resultados sugerem que esses pequenos objetos podem ainda guardar evidências da formação de planetesimais — os blocos iniciais dos planetas — no disco externo primordial do Sistema Solar. 112

O que a pesquisa encontrou

A câmera NIRCam, do Webb, detectou 27 TNOs antes desconhecidos em cerca de 0,05 grau quadrado do céu. Os objetos têm menos de aproximadamente 40 quilômetros de diâmetro, incluindo um estimado em cerca de 10 quilômetros. O Hubble recuperou 13 dessas detecções em luz visível, ampliando as medições combinadas da faixa visível ao infravermelho próximo. 112

A amostra descoberta pelo Webb apresentou uma inclinação de aproximadamente 0,29 na função de luminosidade para os objetos mais fracos. Na prática, há mais TNOs à medida que eles ficam mais fracos — e, em geral, menores —, mas esse aumento é mais lento do que o previsto por extrapolações simples feitas a partir das populações de objetos maiores. Por isso, a pesquisa encontrou menos corpos pequenos do que antecipavam diversos cenários de formação planetária e de evolução do Cinturão de Kuiper. 12

Por que a escassez de objetos pequenos é importante

Uma cascata colisional intensa e duradoura deveria gerar muitos fragmentos pequenos. Uma distribuição pouco inclinada no extremo fraco não determina, por si só, qual mecanismo está em ação, mas enfraquece o quadro mais simples: o de que a população observada de pequenos TNOs seja principalmente o resíduo pulverizado de objetos maiores. 12

Entre as possibilidades levantadas estão:

• a erosão por colisões pode ter sido menos eficiente, ou ter durado menos tempo, do que alguns modelos supõem;
• os menores TNOs acessíveis às observações talvez não sejam predominantemente fragmentos de colisões;
• sua abundância pode conservar uma marca do processo inicial que reuniu sólidos para formar planetesimais no começo do Sistema Solar. 12

Isso desloca parte da atenção das colisões posteriores para as condições iniciais da formação dos planetesimais. Um modelo bem-sucedido agora precisa explicar não só as órbitas dos corpos do Sistema Solar exterior, mas também a escassez observada dos menores objetos nesta amostra profunda.

Populações “frias” e “quentes” têm tamanhos parecidos

Os TNOs costumam ser agrupados conforme seu comportamento orbital. Objetos dinamicamente frios, em geral, ocupam órbitas relativamente estáveis, pouco inclinadas e quase circulares. Já os dinamicamente quentes têm órbitas mais excitadas ou dispersas, associadas à evolução dinâmica posterior do Sistema Solar.

Apesar dessas histórias diferentes, a pesquisa encontrou distribuições semelhantes de tamanhos pequenos nas populações fria e quente. Isso não é um resultado óbvio se os dois grupos se formaram em condições muito distintas e depois passaram por processamentos colisionais bastante diferentes. Uma interpretação é que a formação de planetesimais estabeleceu um espectro de tamanhos de pequenos corpos amplamente semelhante em regiões distintas do disco primordial. 112

As cores indicam que as superfícies não foram totalmente renovadas

As recuperações feitas pelo Hubble permitiram à equipe comparar as cores no visível e no infravermelho próximo de 13 objetos. Em vez de exibirem um conjunto de cores muito misturado ou sistematicamente alterado, os pequenos TNOs seguem as mesmas relações de cor, dependentes da população, já observadas em objetos maiores. 113

O resultado é compatível com duas explicações, que não se excluem: impactos capazes de renovar globalmente as superfícies desses objetos podem ter sido menos frequentes do que o esperado; ou os impactos talvez não eliminem com tanta eficiência os materiais responsáveis pelas assinaturas de cor quanto os modelos preveem. 113

A implicação é particularmente relevante para objetos dinamicamente dispersos. Interações gravitacionais podem mudar muito a órbita de um corpo, mas as relações de cor observadas indicam que essa mudança de posição orbital não necessariamente apaga seu registro de composição superficial. Assim, tanto TNOs em órbitas estáveis quanto os que foram dinamicamente excitados podem reter pistas de ambientes de nascimento distintos no Sistema Solar exterior primitivo. 113

O papel das pesquisadoras

Duas pesquisadoras de doutorado lideraram as análises complementares. Anastasia N. Morgan, da Northern Arizona University, conduziu o trabalho que combinou imagens do Webb e do Hubble para caracterizar as cores do visível ao infravermelho próximo e as superfícies dos pequenos TNOs. Marielle R. Eduardo, da University of Victoria, liderou a análise da função de luminosidade, que mediu a distribuição de objetos fracos e identificou sua inclinação pouco acentuada. 1213

A combinação dos observatórios foi decisiva: o Webb levou a busca a detecções infravermelhas excepcionalmente fracas, enquanto o Hubble forneceu medições em luz visível para parte da mesma população. 112

O que o levantamento ainda não resolve

Este foi um levantamento de profundidade recorde, e não um censo completo do Sistema Solar exterior. As conclusões são limitadas pela amostra de 27 objetos detectados pelo Webb, pelas 13 recuperações em luz visível e por uma área de céu de apenas cerca de 0,05 grau quadrado. Efeitos de seleção na detecção e na recuperação, arcos orbitais curtos e a incerteza de converter brilho em diâmetro — o que depende da refletividade assumida — também restringem o quanto os resultados podem ser generalizados. 112

O estudo, portanto, ainda não define uma distribuição de tamanhos válida para todo o Sistema Solar nem escolhe de forma única entre todos os mecanismos possíveis de formação de planetesimais. A faixa de aproximadamente 10 a 40 quilômetros representa apenas uma parte da população muito maior de TNOs. 112

Um novo registro fóssil do disco protoplanetário externo

A principal importância da pesquisa é que objetos antes estudados sobretudo por extrapolação agora se tornaram evidência observacional direta. Sua abundância, suas órbitas e suas cores impõem, em conjunto, limites à forma como o disco protoplanetário externo produziu planetesimais e ao quanto colisões posteriores e a migração dos planetas alteraram esses corpos. 112

Levantamentos conjuntos maiores poderão testar se a distribuição rasa de objetos pequenos e as relações de cor preservadas reaparecem em outras regiões do Cinturão de Kuiper. Se isso ocorrer, os minúsculos TNOs poderão se revelar fósseis físicos especialmente duráveis da fase mais antiga do Sistema Solar. 112