Webb da NASA levanta o véu sobre um tipo comum, mas misterioso, de exoplaneta
Os subnetunos são os exoplanetas mais comuns da galáxia, mas ainda pouco compreendidos. O Telescópio Espacial James Webb está ajudando os cientistas a estudá-los melhor, especialmente o exoplaneta TOI-421 b.
Neste artigo:
Introdução
“Eu esperei por Webb durante toda a minha carreira para que pudéssemos caracterizar significativamente as atmosferas desses planetas menores”, disse a pesquisadora principal Eliza Kempton, da Universidade de Maryland, College Park. “Ao estudar suas atmosferas, estamos obtendo uma melhor compreensão de como os subnetunos se formaram e evoluíram, e parte disso é entender por que eles não existem em nosso sistema solar.”
A existência de subnetunos era inesperada antes de serem descobertos pelo telescópio espacial Kepler , da NASA, desativado na última década. Agora, os astrônomos estão tentando entender de onde esses planetas vieram e por que são tão comuns.
Esta concepção artística mostra como poderia ser o exoplaneta subnetuniano quente TOI-421 b. Ela se baseia em dados espectroscópicos coletados pelo Webb, bem como em observações anteriores de outros telescópios terrestres e espaciais. Ilustração: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Antes de Webb, os cientistas tinham pouquíssima informação sobre eles. Embora os subnetunos sejam algumas vezes maiores que a Terra, eles ainda são muito menores que planetas gigantes gasosos e tipicamente mais frios que Júpiteres quentes, o que os torna muito mais difíceis de observar do que seus equivalentes gigantes gasosos.
Uma descoberta importante antes de Webb foi que a maioria das atmosferas subnetunianas apresentava espectros de transmissão planos ou sem características . Isso significa que, quando os cientistas observavam o espectro do planeta enquanto ele passava em frente à sua estrela hospedeira, em vez de ver características espectrais – as impressões digitais químicas que revelariam a composição da atmosfera –, eles viam apenas um espectro de linha plana. Os astrônomos concluíram, a partir de todos esses espectros de linha plana, que pelo menos certos subnetunianos eram provavelmente muito obscurecidos por nuvens ou neblinas.
“Por que observamos este planeta, TOI-421 b? É porque pensamos que talvez ele não tivesse neblina”, disse Kempton. “E a razão é que havia alguns dados anteriores que sugeriam que talvez planetas em uma determinada faixa de temperatura estivessem menos envoltos por neblina ou nuvens do que outros.”
Esse limite de temperatura é de cerca de 595 graus Celsius. Abaixo disso, os cientistas levantaram a hipótese de que um conjunto complexo de reações fotoquímicas ocorreria entre a luz solar e o gás metano, o que desencadearia a neblina. Mas planetas mais quentes não deveriam ter metano e, portanto, talvez não devessem ter neblina.
A temperatura do TOI-421 b é de cerca de 720 graus Celsius, bem acima do limite presumido. Sem neblina ou nuvens, os pesquisadores esperavam ver uma atmosfera limpa – e viram!
Um espectro de transmissão capturado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA revela substâncias químicas na atmosfera do exoplaneta quente subnetuno TOI-421 b.
Ilustração: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Uma descoberta surpreendente
“Observamos características espectrais que atribuímos a vários gases, e isso nos permitiu determinar a composição da atmosfera”, disse Brian Davenport, aluno do terceiro ano de doutorado da Universidade de Maryland, que conduziu a análise primária dos dados. “Enquanto que, com muitos dos outros subnetunos observados anteriormente, sabemos que suas atmosferas são feitas de alguma coisa, mas estão sendo bloqueadas pela neblina.”
A equipe encontrou vapor d’água na atmosfera do planeta, bem como sinais provisórios de monóxido de carbono e dióxido de enxofre. Há também moléculas que não foram detectadas, como metano e dióxido de carbono. A partir dos dados, eles também podem inferir que há uma grande quantidade de hidrogênio na atmosfera do TOI-421 b.
A atmosfera leve de hidrogênio foi a grande surpresa para os pesquisadores. “Havíamos recentemente aceitado a ideia de que os primeiros sub-Netunos observados por Webb tinham atmosferas de moléculas pesadas, então essa era nossa expectativa, e então descobrimos o oposto”, disse Kempton. Isso sugere que TOI-421 b pode ter se formado e evoluído de forma diferente dos sub-Netunos mais frios observados anteriormente.
O TOI-421 b é único?
A atmosfera dominada por hidrogênio também é interessante porque imita a composição da estrela hospedeira do TOI-421 b. “Se simplesmente pegássemos o mesmo gás que formou a estrela hospedeira, o colocássemos sobre a atmosfera de um planeta e o colocássemos na temperatura muito mais fria deste planeta, obteríamos a mesma combinação de gases. Esse processo está mais alinhado com os planetas gigantes do nosso sistema solar e é diferente de outros sub-Netunos observados com o Webb até agora”, disse Kempton.
Além de ser mais quente do que outros sub-Netunos observados anteriormente com o Webb, TOI-421 b orbita uma estrela semelhante ao Sol. A maioria dos outros sub-Netunos observados até agora orbita estrelas menores e mais frias, chamadas anãs vermelhas.
Será que TOI-421b é emblemático de sub-Netunos quentes orbitando estrelas semelhantes ao Sol, ou será que os exoplanetas são simplesmente muito diversos? Para descobrir, os pesquisadores gostariam de observar mais sub-Netunos quentes para determinar se este é um caso único ou uma tendência mais ampla. Eles esperam obter insights sobre a formação e a evolução desses exoplanetas comuns.
“Descobrimos uma nova maneira de observar esses sub-Netunos”, disse Davenport. “Esses planetas de alta temperatura são passíveis de caracterização. Portanto, ao observar sub-Netunos com essa temperatura, talvez tenhamos mais chances de acelerar nossa capacidade de aprender sobre esses planetas.”
As descobertas da equipe aparecem em 5 de maio no The Astrophysical Journal Letters .
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. O Webb está solucionando mistérios em nosso sistema solar, observando mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigando as misteriosas estruturas e origens do nosso universo e nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).
