Gemini North detecta vários elementos formadores de rochas na atmosfera de um exoplaneta escaldante

Astrónomos, recorrendo ao telescópio Gemini North, uma metade do Observatório Internacional Gemini operado pelo NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) da NSF (National Science Foundation), detetaram múltiplos elementos formadores de rocha na atmosfera de um exoplaneta do tamanho de Júpiter, WASP-76b. 

Esta impressão artística ilustra como astrônomos usando o telescópio Gemini North, metade do Observatório Internacional Gemini operado pelo NOIRLab da NSF, fizeram várias detecções de elementos formadores de rochas na atmosfera de um exoplaneta do tamanho de Júpiter, WASP-76b. O chamado "Júpiter quente" está perigosamente perto de sua estrela hospedeira, que está aquecendo a atmosfera do planeta a temperaturas surpreendentes e vaporizando elementos formadores de rochas, como magnésio, cálcio e ferro, fornecendo informações sobre como nosso próprio Sistema Solar se formou. Crédito: Observatório Internacional de Gêmeos/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani

O planeta está tão perigosamente perto da sua estrela hospedeira que os elementos formadores de rocha - como o magnésio, o cálcio e o níquel - são vaporizados e dispersos pela sua atmosfera abrasadora. Este perfil químico intrigante fornece novos conhecimentos sobre a formação de sistemas planetários, incluindo o nosso.

WASP-76b é um mundo estranho. Localizado a 634 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Peixes, o exoplaneta semelhante a Júpiter orbita a sua estrela hospedeira a uma distância excecionalmente íntima - cerca de 12 vezes mais perto do que Mercúrio está do Sol - o que aquece a sua atmosfera a uns abrasadores 2000° C. Estas temperaturas extremas "incharam" o planeta, aumentando o seu volume para quase seis vezes o de Júpiter.

A temperaturas tão extremas, os elementos formadores de minerais e rochas, que de outra forma permaneceriam escondidos na atmosfera de um planeta gigante gasoso mais frio, podem revelar-se.

Utilizando o telescópio Gemini North, uma metade do Observatório Internacional Gemini operado pelo NOIRLab da NSF, uma equipa internacional de astrónomos detetou 11 destes elementos formadores de rocha na atmosfera de WASP-76b. A presença e as quantidades relativas destes elementos podem fornecer informações fundamentais sobre a forma exata como os planetas gigantes gasosos se formam - algo que permanece incerto mesmo no nosso próprio Sistema Solar. Os resultados foram publicados na revista Nature.

Desde a sua descoberta em 2013, durante o levantamento WASP (Wide Angle Search for Planets), que muitos astrónomos têm vindo a estudar o enigmático WASP-76b. Estes estudos levaram à identificação de vários elementos presentes na atmosfera do exoplaneta quente. Nomeadamente, num estudo publicado em março de 2020, uma equipa concluiu que poderia haver chuva de ferro no planeta.

Ciente destes estudos existentes, Stefan Pelletier, estudante de doutoramento do Instituto Trottier para Investigação Exoplanetária da Universidade de Montréal e autor principal do artigo científico, foi inspirado a explorar os mistérios deste estranho exoplaneta e a química da sua atmosfera escaldante.

Em 2020 e 2021, usando o instrumento MAROON-X do Gemini North (um novo instrumento especialmente concebido para detetar e estudar exoplanetas), Pelletier e a sua equipa observaram o planeta à medida que este passava em frente da estrela hospedeira em três ocasiões distintas.

Estas novas observações revelaram uma série de elementos formadores de rocha na atmosfera de WASP-76b, incluindo sódio, potássio, lítio, níquel, manganês, crómio, magnésio, vanádio, bário, cálcio e, tal como detetado anteriormente, ferro.

Devido às temperaturas extremas da atmosfera de WASP-76b, os elementos detetados pelos investigadores, que normalmente formariam rochas aqui na Terra, são, ao invés, vaporizados e, portanto, presentes na atmosfera nas suas formas gasosas. Embora estes elementos contribuam para a composição dos gigantes gasosos do nosso Sistema Solar, esses planetas são demasiado frios para que os elementos se vaporizem na atmosfera, tornando-os praticamente indetetáveis.

"São verdadeiramente raras as vezes em que um exoplaneta a centenas de anos-luz de distância nos pode ensinar algo que, de outra forma, seria impossível saber sobre o nosso próprio Sistema Solar", disse Pelletier. "É esse o caso com estudo".

A abundância de muitos destes elementos coincide de perto com as abundâncias encontradas tanto no nosso Sol como na estrela hospedeira do exoplaneta. Isto pode não ser coincidência e fornece mais evidências de que os planetas gigantes gasosos, como Júpiter e Saturno, são formados de modo mais parecido com as estrelas - coalescendo a partir do gás e da poeira de um disco protoplanetário - em vez da gradual acreção e colisão de poeira, rochas e planetesimais, que vão formar planetas rochosos, como Mercúrio, Vénus e a Terra.

Outro resultado notável do estudo é a primeira deteção inequívoca de óxido de vanádio num exoplaneta. "Esta molécula é de grande interesse para os astrónomos porque pode ter um grande impacto na estrutura atmosférica dos planetas gigantes quentes", diz Pelletier. "Esta molécula desempenha um papel semelhante ao do ozono, sendo extremamente eficiente no aquecimento da atmosfera superior da Terra."

Pelletier e a sua equipa estão motivados para aprender mais sobre WASP-76b e outros planetas ultraquentes. Esperam também que outros investigadores aproveitem o que aprenderam com este exoplaneta gigante e o apliquem para compreender melhor os nossos próprios planetas do Sistema Solar e a forma como surgiram.

"Disponível para os astrónomos de todo o mundo, o Observatório Internacional Gemini continua a fornecer novos conhecimentos que contribuem para a nossa compreensão da estrutura física e química de outros mundos. Através destes programas de observação, estamos a desenvolver uma imagem mais clara do Universo em geral e do nosso lugar nele", disse o diretor do programa do Observatório Gemini da NSF, Martin Still.

"Gerações de investigadores utilizaram as medições das abundâncias de hidrogénio e hélio de Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno para avaliar as teorias de formação de planetas gasosos", afirma Björn Benneke, professor da Universidade de Montréal e coautor do estudo. "Da mesma forma, as medições de elementos mais pesados como o cálcio ou o magnésio em WASP-76b ajudarão a compreender melhor a formação de planetas gasosos."

Fonte: noirlab.edu