Webb encontra vapor de água, mas de um planeta rochoso ou sua estrela?

As estrelas mais comuns no universo são estrelas anãs vermelhas, o que significa que exoplanetas rochosos são mais prováveis de serem encontrados orbitando tal estrela. 

As estrelas anãs vermelhas são frias, então um planeta tem que abraçá-lo em uma órbita apertada para se manter quente o suficiente para potencialmente hospedar água líquida (o que significa que ele fica na zona habitável).

Este gráfico mostra o espectro de transmissão obtido pelas observações Webb do exoplaneta rochoso GJ 486 b. A análise da equipe científica mostra indícios de vapor d'água; No entanto, modelos computacionais mostram que o sinal pode ser de uma atmosfera planetária rica em água (indicada pela linha azul) ou de manchas estelares da estrela hospedeira anã vermelha (indicada pela linha amarela). Os dois modelos divergem visivelmente em comprimentos de onda infravermelhos mais curtos, indicando que observações adicionais com outros instrumentos Webb serão necessárias para restringir a fonte do sinal de água. Créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Essas estrelas também estão ativas, particularmente quando são jovens, liberando radiação ultravioleta e de raios-X que podem destruir atmosferas planetárias. Como resultado, uma importante questão em aberto na astronomia é se um planeta rochoso poderia manter, ou restabelecer, uma atmosfera em um ambiente tão hostil. 

Para ajudar a responder a essa pergunta, os astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb, da Nasa, para estudar um exoplaneta rochoso conhecido como GJ 486 b. Está muito perto de sua estrela para estar dentro da zona habitável, com uma temperatura de superfície de cerca de 800 graus Fahrenheit (430 graus Celsius). E, no entanto, suas observações usando o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRSpec) do Webb mostram indícios de vapor de água.

Se o vapor de água estiver associado ao planeta, isso indicaria que ele tem uma atmosfera, apesar de sua temperatura escaldante e proximidade com sua estrela. O vapor de água já foi visto em exoplanetas gasosos antes, mas até o momento nenhuma atmosfera foi definitivamente detectada ao redor de um exoplaneta rochoso. No entanto, a equipe alerta que o vapor d'água pode estar na própria estrela – especificamente, em manchas estelares frias – e não do planeta. 

"Vemos um sinal, e é quase certo que é devido à água. Mas ainda não podemos dizer se essa água faz parte da atmosfera do planeta, o que significa que o planeta tem uma atmosfera, ou se estamos apenas vendo uma assinatura de água vinda da estrela", disse Sarah Moran, da Universidade do Arizona em Tucson, principal autora do estudo. 

"O vapor de água em uma atmosfera em um planeta rochoso quente representaria um grande avanço para a ciência de exoplanetas. Mas devemos ter cuidado e garantir que a estrela não seja a culpada", acrescentou Kevin Stevenson, do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, em Laurel, Maryland, principal investigador do programa. 

O GJ 486 b é cerca de 30% maior que a Terra e três vezes mais massivo, o que significa que é um mundo rochoso com gravidade mais forte que a Terra. Ele orbita uma estrela anã vermelha em pouco menos de 1,5 dias terrestres. Espera-se que seja fechado por marés, com um lado diurno permanente e um lado noturno permanente.

Este conceito de artista representa o exoplaneta rochoso GJ 486 b, que orbita uma estrela anã vermelha que está a apenas 26 anos-luz de distância na constelação de Virgem. Ao observar o trânsito do GJ 486 b na frente de sua estrela, os astrônomos buscaram sinais de uma atmosfera. Eles detectaram indícios de vapor d'água. No entanto, eles alertam que, embora isso possa ser um sinal de uma atmosfera planetária, a água pode estar na própria estrela – especificamente, em manchas estelares frias – e não do planeta. Créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

GJ 486 b transita sua estrela, cruzando na frente da estrela do nosso ponto de vista. Se ele tem uma atmosfera, então, quando ele transita a luz das estrelas, filtraria esses gases, imprimindo impressões digitais na luz que permitem aos astrônomos decodificar sua composição por meio de uma técnica chamada espectroscopia de transmissão. 

A equipe observou dois trânsitos, cada um com duração de cerca de uma hora. Em seguida, usaram três métodos diferentes para analisar os dados resultantes. Os resultados de todos os três são consistentes na medida em que mostram um espectro principalmente plano com um aumento intrigante nos comprimentos de onda infravermelhos mais curtos. A equipe executou modelos de computador considerando várias moléculas diferentes e concluiu que a fonte mais provável do sinal era vapor de água. 

Enquanto o vapor de água poderia potencialmente indicar a presença de uma atmosfera no GJ 486 b, uma explicação igualmente plausível é o vapor de água da estrela. Surpreendentemente, mesmo em nosso próprio Sol, o vapor de água às vezes pode existir em manchas solares porque essas manchas são muito frias em comparação com a superfície circundante da estrela. A estrela hospedeira do GJ 486 b é muito mais fria que o Sol, então ainda mais vapor de água se concentraria dentro de suas manchas estelares. Como resultado, poderia criar um sinal que imita uma atmosfera planetária. 

"Não observamos evidências de que o planeta cruze nenhuma mancha estelar durante os trânsitos. Mas isso não significa que não haja pontos em outros lugares da estrela. E esse é exatamente o cenário físico que imprimiria esse sinal de água nos dados e poderia acabar parecendo uma atmosfera planetária", explicou Ryan MacDonald, da Universidade de Michigan em Ann Arbor, um dos coautores do estudo. 

Espera-se que uma atmosfera de vapor de água se corroa gradualmente devido ao aquecimento e irradiação estelar. Como resultado, se uma atmosfera estiver presente, ela provavelmente terá que ser constantemente reabastecida por vulcões que ejetam vapor do interior do planeta. Se a água está de fato na atmosfera do planeta, observações adicionais são necessárias para reduzir a quantidade de água presente. 

Futuras observações do Webb podem lançar mais luz sobre este sistema. Um próximo programa Webb usará o Mid-Infrared Instrument (MIRI) para observar o lado diurno do planeta. Se o planeta não tem atmosfera, ou apenas uma atmosfera fina, então espera-se que a parte mais quente do lado do dia esteja diretamente sob a estrela. No entanto, se o ponto mais quente for deslocado, isso indicaria uma atmosfera que pode circular calor. 

Em última análise, observações em comprimentos de onda infravermelhos mais curtos por outro instrumento Webb, o Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), serão necessárias para diferenciar entre a atmosfera planetária e cenários de manchas estelares. 

"É a junção de vários instrumentos que realmente definirão se este planeta tem ou não uma atmosfera", disse Stevenson. 

O estudo é aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: nasa.gov