Observações do Hubble usadas para responder a perguntas-chave sobre exoplanetas

 Crédito:ESA/Hubble, N. Bartmann

Observações de arquivo de 25 Júpiteres quentes pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA foram analisadas por uma equipa internacional de astrónomos, permitindo-lhes responder a cinco questões em aberto importantes para a nossa compreensão das atmosferas dos exoplanetas. Entre outras descobertas, a equipe descobriu que a presença de óxidos e hidretos metálicos nas atmosferas mais quentes do exoplaneta estava claramente correlacionada com a inversão térmica das atmosferas. 

O campo da ciência de exoplanetas há muito mudou seu foco de apenas detecção para caracterização, embora a caracterização permaneça extremamente desafiadora. Até agora, a maioria das pesquisas em caracterização foi direcionada para modelagem, ou estudos com foco em um ou alguns exoplanetas. 

Este novo trabalho, liderado por pesquisadores da University College London (UCL), usou a maior quantidade de dados de arquivo já examinados em uma única pesquisa de atmosfera de exoplanetas para analisar as atmosferas de 25 exoplanetas. A maioria dos dados veio de observações feitas com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. O autor principal, Quentin Changeat, explica: "O Hubble permitiu a caracterização detalhada de 25 exoplanetas, e a quantidade de informações que aprendemos sobre sua química e formação - graças a uma década de intensas campanhas de observação - é incrível." 

A equipe científica procurou encontrar respostas para cinco perguntas em aberto sobre atmosferas de exoplanetas – uma meta ambiciosa que eles conseguiram alcançar. Suas perguntas sondaram o que H –  e certos metais podem nos dizer sobre a química e circulação de atmosferas de exoplanetas e sobre a formação de planetas. Eles escolheram investigar uma ampla gama de Júpiteres quentes, com a intenção de identificar tendências dentro de sua população de amostra que possam fornecer informações sobre atmosferas de exoplanetas de maneira mais geral. 

O co-líder do estudo, Billy Edwards da UCL e o Comissariado à l'énergie atomique et aux énergies alternativas (CEA) disse: "Nosso artigo marca um ponto de virada para o campo: agora estamos passando da caracterização de atmosferas de exoplanetas individuais para a caracterização de populações atmosféricas." 

Para investigar sua amostra de 25 exoplanetas, a equipe reanalisou uma enorme quantidade de dados de arquivo, consistindo em 600 horas de observações do Hubble, que complementaram com mais de 400 horas de observações do Telescópio Espacial Spitzer. Seus dados continham eclipses para todos os 25 exoplanetas e trânsitos para 17 deles. Um eclipse ocorre quando um exoplaneta passa por trás de sua estrela, visto da Terra, e um trânsito ocorre quando um planeta passa na frente de sua estrela. Os dados do eclipse e do trânsito podem fornecer informações cruciais sobre a atmosfera de um exoplaneta. 

A pesquisa em larga escala produziu resultados, com a equipe capaz de identificar algumas tendências e correlações claras entre as constituições atmosféricas dos exoplanetas e o comportamento observado. Algumas de suas principais descobertas estão relacionadas à presença ou ausência de inversões térmicas  nas atmosferas de sua amostra de exoplanetas.

Eles descobriram que quase todos os exoplanetas com uma atmosfera termicamente invertida eram extremamente quentes, com temperaturas acima de 2.000 Kelvins. É importante ressaltar que isso é suficientemente quente para que as espécies metálicas TiO (óxido de titânio), VO (óxido de vanádio) e FeH (hidreto de ferro) sejam estáveis ​​em uma atmosfera. Dos exoplanetas que exibem inversões térmicas, quase todos eles têm H–, TiO, VO ou FeH em suas atmosferas. 

É sempre um desafio tirar inferências de tais resultados, porque a correlação não é necessariamente igual à causa. No entanto, a equipe foi capaz de propor um argumento convincente sobre por que a presença de H–, TiO, VO ou FeH pode levar a uma inversão térmica – ou seja, que todas essas espécies metálicas são absorventes muito eficientes de luz estelar.

 Pode ser que as atmosferas de exoplanetas quentes o suficiente para sustentar essas espécies tendam a ser termicamente invertidas porque elas absorvem tanta luz estelar que suas atmosferas superiores aquecem ainda mais. Por outro lado, a equipe também descobriu que Júpiteres quentes mais frios (com temperaturas inferiores a 2.000 Kelvins e, portanto, sem H–, TiO, VO ou FeH em suas atmosferas) quase nunca tinham atmosferas termicamente invertidas. 

Um aspecto significativo desta pesquisa foi que a equipe conseguiu usar uma grande amostra de exoplanetas e uma quantidade extremamente grande de dados para determinar tendências, que podem ser usadas para prever o comportamento em outros exoplanetas. Isso é extremamente útil, porque fornece informações sobre como os planetas podem se formar e também porque permite que outros astrônomos planejem observações futuras com mais eficiência. Por outro lado, se um artigo estuda um único exoplaneta em grande detalhe, embora seja valioso, é muito mais difícil extrapolar tendências.

Uma melhor compreensão das populações de exoplanetas também pode nos aproximar de resolver mistérios abertos sobre nosso próprio Sistema Solar. Como diz Changeat: "Muitas questões, como as origens da água na Terra, a formação da Lua e as diferentes histórias evolutivas da Terra e de Marte, ainda não foram resolvidas, apesar de nossa capacidade de obter medições in situ. Grandes estudos populacionais de exoplanetas, como o que apresentamos aqui, visam entender esses processos gerais."

Fonte: esahubble.org