Webb detecta dióxido de carbono na atmosfera do exoplaneta

Webb demonstra seu poder espectroscópico com a primeira detecção inequívoca de dióxido de carbono em uma atmosfera planetária fora do Sistema Solar.

Esta é uma ilustração (impressão do artista) mostrando como o exoplaneta WASP-39 b poderia se parecer, com base na compreensão atual do planeta. Crédito: NASA, ESA, CSA e J. Olmsted (STScI)

O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA encontrou evidências definitivas de dióxido de carbono na atmosfera de um planeta gigante gasoso orbitando uma estrela parecida com o Sol a 700 anos-luz de distância. O resultado fornece informações importantes sobre a composição e formação do planeta e é indicativo da capacidade do Webb de também detectar e medir o dióxido de carbono nas atmosferas mais finas de planetas rochosos menores.

WASP-39 b é um gigante gasoso quente com uma massa de aproximadamente um quarto da massa de Júpiter (aproximadamente a mesma de Saturno) e um diâmetro 1,3 vezes maior que o de Júpiter. Seu inchaço extremo está relacionado em parte à sua alta temperatura (cerca de 900 ° C). Ao contrário dos gigantes gasosos mais frios e compactos do nosso Sistema Solar, o WASP-39 b orbita muito perto de sua estrela hospedeira – apenas cerca de um oitavo da distância entre o Sol e Mercúrio – completando um circuito em pouco mais de quatro dias terrestres.

A descoberta do planeta, relatada em 2011, foi baseada em detecções terrestres do sutil e periódico escurecimento da luz de sua estrela hospedeira à medida que o planeta transita ou passa na frente da estrela. Planetas em trânsito como WASP-39 b, cujas órbitas observamos de lado e não de cima, podem fornecer aos pesquisadores oportunidades ideais para sondar atmosferas planetárias.

Durante um trânsito, parte da luz das estrelas é completamente eclipsada pelo planeta (causando o escurecimento geral) e parte é transmitida através da atmosfera do planeta. A atmosfera filtra algumas cores mais do que outras, dependendo de fatores como do que é feito, quão espessa é e se há ou não nuvens. (Observamos esse efeito em nossa própria atmosfera à medida que a cor e a qualidade da luz do dia mudam dependendo de quão nebuloso ou úmido o ar está, ou onde o Sol está no céu.)

Como diferentes gases absorvem diferentes combinações de cores, os pesquisadores podem analisar pequenas diferenças no brilho da luz transmitida em um espectro de comprimentos de onda e, portanto, determinar exatamente do que é feita uma atmosfera. Com sua combinação de atmosfera inflada e trânsitos frequentes, o WASP-39 b é um alvo ideal para esta técnica, conhecida como espectroscopia de transmissão. A equipe usou o espectrógrafo de infravermelho próximo da Webb ( NIRSpec ) para fazer essa detecção.

No espectro resultante da atmosfera do exoplaneta, a pequena colina entre 4,1 e 4,6 mícrons é tudo menos trivial para os pesquisadores de exoplanetas. É a primeira evidência clara, detalhada e indiscutível de dióxido de carbono já detectada em um planeta fora do Sistema Solar.

“ Assim que os dados apareceram na minha tela, o enorme recurso de dióxido de carbono me agarrou ”, disse Zafar Rustamkulov, estudante de pós-graduação da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, e membro da equipe de exoplanetas em trânsito. “ Foi um momento especial, cruzando um importante limiar nas ciências dos exoplanetas. ”

Mesmo sem a forte característica do dióxido de carbono, esse espectro seria notável. Nenhum observatório jamais mediu diferenças tão sutis no brilho de tantas cores individuais na faixa de 3 a 5,5 mícrons em um espectro de transmissão de exoplanetas antes. O acesso a esta parte do espectro é crucial para medir a abundância de gases como água e metano, bem como dióxido de carbono, que se acredita existir nas atmosferas de muitos tipos diferentes de exoplanetas. 

“ A detecção de um sinal tão claro de dióxido de carbono no WASP-39 b é um bom presságio para a detecção de atmosferas em planetas menores e de tamanho terrestre ”, disse Natalie Batalha, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, EUA, que lidera a equipe de pesquisadores. estudando exoplanetas em trânsito com Webb.

“ É incrível ver o instrumento ESA NIRSpec produzindo esses dados incríveis tão cedo na missão, quando sabemos que ainda podemos melhorar a qualidade dos dados no futuro ”, acrescentou Sarah Kendrew, Cientista de Calibração e Instrumento ESA Webb MIRI da Space Telescope Science. Instituto em Baltimore, EUA.

Compreender a composição da atmosfera de um planeta é importante porque nos diz algo sobre a origem do planeta e como ele evoluiu. “ As moléculas de dióxido de carbono são marcadores sensíveis da história da formação do planeta ”, disse o membro da equipe Mike Line, da Arizona State University, EUA.

“Medindo essa característica de dióxido de carbono, podemos determinar quanto sólido versus quanto material gasoso foi usado para formar este planeta gigante gasoso. Na próxima década, Webb fará essa medição para uma variedade de planetas, fornecendo informações sobre os detalhes de como os planetas se formam e a singularidade do nosso próprio Sistema Solar”.

Esses resultados também se baseiam em pesquisas existentes pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA . “ Nas últimas décadas, o Telescópio Espacial Hubble tem estabelecido o precedente para os mistérios que essas atmosferas contêm, desde nuvens espalhando características moleculares obscuras, até detecções de absorção de vapor de água e atmosferas escapando ”, disse Hannah Wakeford, da Universidade de Bristol, membro da equipe.

No Reino Unido. “ O Webb complementará e estenderá esses estudos com maior resolução, cobertura de comprimento de onda e precisão para revelar as principais tendências nos dados que apontam para a formação e evolução desses planetas. ”

A observação do prisma NIRSpec de WASP-39 b é apenas uma parte de uma investigação maior que inclui observações do planeta usando vários instrumentos, bem como observações de outros dois planetas em trânsito. A investigação, que faz parte do programa Early Release Science, foi projetada para fornecer à comunidade de pesquisa de exoplanetas dados Webb robustos o mais rápido possível.

“ Ver os dados pela primeira vez foi como ler um poema em sua totalidade, quando antes tínhamos apenas cada terceira palavra ”, acrescentou Laura Kreidberg, membro da equipe, do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, Alemanha. “ Esses primeiros resultados são apenas o começo; os dados da Early Release Science mostraram que o Webb funciona lindamente, e exoplanetas menores e mais frios (mais parecidos com a nossa própria Terra) estão ao seu alcance.”

“ O objetivo é analisar rapidamente as observações da Early Release Science e desenvolver ferramentas de código aberto para a comunidade científica usar ”, explicou Vivien Parmentier, da Universidade de Oxford, no Reino Unido. “ Isso permite contribuições de todo o mundo e garante que a melhor ciência possível sairá das próximas décadas de observações. ”

Fonte: esawebb.org