"Mundos da Água" – Astrônomos descobrem que dois exoplanetas são diferentes de qualquer planeta em nosso Sistema Solar

 Equipe de astrônomos liderada pela Universidade de Montreal (UdeM) descobre que dois exoplanetas podem ser principalmente água.

Corte transversal da Terra (à esquerda) e do exoplaneta Kepler-138 d (à direita). Assim como a Terra, este exoplaneta tem um interior composto por metais e rochas (porção marrom), mas Kepler-138 d também possui uma espessa camada de água de alta pressão em várias formas: água supercrítica e potencialmente líquida nas profundezas do planeta e um extenso envelope de vapor de água (tons de azul) acima dele. Essas camadas de água representam mais de 50% de seu volume, ou uma profundidade de cerca de 2.000 km. A Terra, em comparação, tem uma fração insignificante de água líquida com uma profundidade média do oceano inferior a 4 km. Crédito: Benoit Gougeon, Université de Montréal 

Astrônomos descobriram evidências de que dois exoplanetas orbitando uma estrela anã vermelha são “mundos aquáticos”, planetas onde a água compõe uma grande fração do volume. Localizados em um sistema planetário a 218 anos-luz de distância na constelação de Lyra, esses mundos são diferentes de qualquer planeta encontrado em nosso sistema solar. 

Um estudo detalhado de um sistema planetário conhecido como Kepler-138 será publicado hoje (15 de dezembro) na revista Nature Astronomy. A equipe foi liderada pela estudante de doutorado Caroline Piaulet, do Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) da Université de Montréal. 

Piaulet, que faz parte da equipe de pesquisa de Björn Benneke, observou os exoplanetas Kepler-138c e Kepler-138d com o Hubble da NASA e os telescópios espaciais aposentados Spitzer. Ela descobriu que os planetas – que têm aproximadamente uma vez e meia o tamanho da Terra – podem ser compostos em grande parte por água. Esses planetas e um companheiro planetário mais próximo da estrela, Kepler-138b, foram descobertos anteriormente pelo Telescópio Espacial Kepler da NASA. 

A água não foi detectada diretamente. No entanto, comparando os tamanhos e massas dos planetas com modelos, eles concluem que uma fração significativa de seu volume – até a metade – deve ser feita de materiais mais leves que a rocha, mas mais pesados que o hidrogênio ou o hélio (que constituem o massa de planetas gigantes gasosos como Júpiter). A água é o material candidato mais comum que atende a essas especificações. 

“Antes pensávamos que planetas um pouco maiores que a Terra eram grandes bolas de metal e rocha, como versões ampliadas da Terra, e é por isso que os chamamos de super-Terras”, explicou Benneke. “No entanto, agora mostramos que esses dois planetas, Kepler-138c e d, são bastante diferentes em natureza: uma grande fração de todo o seu volume é provavelmente composta de água. É a primeira vez que observamos planetas que podem ser identificados com segurança como mundos aquáticos, um tipo de planeta que foi teorizado pelos astrônomos como existindo há muito tempo”. 

Com volumes superiores a três vezes o da Terra e massas duas vezes maiores, os planetas c e d têm densidades muito mais baixas que a Terra. Isso é surpreendente porque a maioria dos planetas apenas um pouco maiores que a Terra que foram estudados em detalhes até agora pareciam ser mundos rochosos como o nosso. A comparação mais próxima com os dois planetas, dizem os pesquisadores, seria algumas das luas geladas no sistema solar externo, que também são compostas em grande parte por água em torno de um núcleo rochoso. 

“Imagine versões maiores de Europa ou Encélado, as luas ricas em água orbitando Júpiter e Saturno, mas muito mais próximas de suas estrelas”, explicou Piaulet. “Em vez de uma superfície gelada, Kepler-138 c e d abrigariam grandes envelopes de vapor d’água.” 

Segundo os pesquisadores, os planetas podem não ter oceanos diretamente na superfície do planeta como os que temos na Terra. “A temperatura nas atmosferas de Kepler-138c e Kepler-138d provavelmente está acima do ponto de ebulição da água, e esperamos uma atmosfera espessa e densa feita de vapor nesses planetas. Somente sob essa atmosfera de vapor poderia potencialmente haver água líquida em alta pressão, ou mesmo água em outra fase que ocorre em altas pressões, chamada de fluido supercrítico”, disse Piaulet. 

Recentemente, outra equipe da Universidade de Montreal encontrou outro planeta, chamado TOI-1452 b, que poderia ser coberto por um oceano de água líquida, mas o Telescópio Espacial James Webb da NASA será necessário para estudar sua atmosfera e confirmar a presença do oceano. 

Um novo exoplaneta no sistema 

Em 2014, os astrônomos anunciaram a detecção de três planetas orbitando Kepler-138, uma estrela anã vermelha na constelação de Lyra, usando dados do Telescópio Espacial Kepler da NASA. Isso foi baseado em um trânsito – a queda mensurável na luz das estrelas quando o planeta passou momentaneamente na frente de sua estrela. 

Benneke e sua colega Diana Dragomir, da Universidade do Novo México, tiveram a ideia de reobservar o sistema planetário com os telescópios espaciais Hubble e Spitzer entre 2014 e 2016 para capturar mais trânsitos de Kepler-138d, o terceiro planeta em o sistema, a fim de estudar sua atmosfera. 

Enquanto as observações anteriores do telescópio espacial Kepler da NASA mostravam apenas trânsitos de três pequenos planetas em torno de Kepler-138, Piaulet e sua equipe ficaram surpresos ao descobrir que as observações do Hubble e do Spitzer sugeriam a presença de um quarto planeta no sistema, Kepler-138e. 

Este planeta recém-descoberto é pequeno e mais distante de sua estrela do que os outros três, levando 38 dias para completar uma órbita. O planeta está na zona habitável de sua estrela, uma região temperada onde um planeta recebe a quantidade certa de calor de sua estrela fria para não ser nem muito quente nem muito frio para permitir a presença de água líquida. 

A natureza deste planeta adicional recém-descoberto, no entanto, permanece uma questão em aberto porque não parece transitar pela sua estrela hospedeira. Observar o trânsito do exoplaneta teria permitido aos astrônomos determinar seu tamanho. 

Com Kepler-138e agora na foto, as massas dos planetas previamente conhecidos foram medidas novamente através do método de variação do tempo de trânsito, que consiste em rastrear pequenas variações nos momentos precisos dos trânsitos dos planetas em frente à sua estrela causados pelo atração gravitacional de outros planetas próximos. 

Os pesquisadores tiveram outra surpresa: descobriram que os dois mundos aquáticos Kepler-138c e d são planetas “gêmeos”, com praticamente o mesmo tamanho e massa, enquanto anteriormente se pensava que eram drasticamente diferentes. O planeta mais próximo, Kepler-138b, por outro lado, é confirmado como um pequeno planeta com a massa de Marte, um dos menores exoplanetas conhecidos até hoje. 

“À medida que nossos instrumentos e técnicas se tornam sensíveis o suficiente para encontrar e estudar planetas que estão mais distantes de suas estrelas, podemos começar a encontrar muito mais mundos aquáticos como Kepler-138 c e d”, concluiu Benneke.

Fonte: scitechdaily.com