O Telescópio Espacial James Webb detecta vapor de água, dióxido de enxofre e nuvens de areia na atmosfera de um exoplaneta próximo

Uma equipe de astrónomos europeus, co-liderada por investigadores do Instituto de Astronomia, KU Leuven, utilizou observações recentes feitas com o Telescópio Espacial James Webb para estudar a atmosfera do exoplaneta próximo WASP-107b. 

Observando profundamente a atmosfera fofa do WASP-107b, eles descobriram não apenas vapor de água e dióxido de enxofre, mas até nuvens de areia de silicato. Essas partículas residem em uma atmosfera dinâmica que exibe transporte vigoroso de material. Os resultados do estudo apareceram hoje na Nature . 

WASP-107b é um exoplaneta gasoso único que orbita uma estrela ligeiramente mais fria e menos massiva que o nosso Sol. 

Astrónomos de todo o mundo estão a aproveitar as capacidades avançadas do Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) a bordo do Telescópio Espacial James Webb (JWST) para realizar observações inovadoras de exoplanetas – planetas que orbitam outras estrelas que não o nosso próprio Sol.

Um desses mundos fascinantes é o WASP-107b, um exoplaneta gasoso único que orbita uma estrela ligeiramente mais fria e menos massiva que o nosso Sol. A massa do planeta é semelhante à de Netuno, mas seu tamanho é muito maior que o de Netuno, quase se aproximando do tamanho de Júpiter.

Esta característica torna o WASP-107b bastante fofo  quando comparado aos planetas gigantes gasosos do nosso sistema solar. A maciez deste exoplaneta permite aos astrónomos observar cerca de 50 vezes mais profundamente a sua atmosfera em comparação com a profundidade de exploração alcançada por um gigante do sistema solar como Júpiter.

A equipe de astrónomos europeus aproveitou ao máximo a notável fofura deste exoplaneta, permitindo-lhes observar profundamente a sua atmosfera. Esta oportunidade abriu uma janela para desvendar a complexa composição química da sua atmosfera.

A razão por detrás disto é bastante simples: os sinais, ou características espectrais, são muito mais proeminentes numa atmosfera menos densa em comparação com uma atmosfera mais compacta. O seu estudo recente, agora publicado na Nature , revela a presença de vapor de água, dióxido de enxofre (SO 2 ) e nuvens de silicato, mas, nomeadamente, não há vestígios do gás com efeito de estufa metano (CH 4 ).

Uma atmosfera dinâmica

Estas detecções fornecem informações cruciais sobre a dinâmica e a química deste cativante exoplaneta. Primeiro, a ausência de metano sugere um interior potencialmente quente, oferecendo um vislumbre tentador do movimento da energia térmica na atmosfera do planeta. Em segundo lugar, a descoberta do dióxido de enxofre – conhecido pelo odor de fósforos queimados – foi uma grande surpresa.

Modelos anteriores previram a sua ausência, mas novos modelos climáticos da atmosfera do WASP-107b mostram agora que a própria fofura do WASP-107b acomoda a formação de dióxido de enxofre na sua atmosfera. Embora a sua estrela hospedeira emita uma fração relativamente pequena de fotões de alta energia devido à sua natureza mais fria, estes fotões podem penetrar profundamente na atmosfera do planeta graças à sua natureza fofa. Isso permite que ocorram as reações químicas necessárias para produzir dióxido de enxofre.

Mas isso não é tudo que eles observaram. Tanto as características espectrais do dióxido de enxofre como do vapor de água são significativamente diminuídas em comparação com o que seriam num cenário sem nuvens. Nuvens de alta altitude obscurecem parcialmente o vapor d'água e o dióxido de enxofre na atmosfera.

Embora tenham sido inferidas nuvens noutros exoplanetas, isto marca o primeiro caso em que os astrónomos podem identificar definitivamente a composição química destas nuvens. Neste caso, as nuvens consistem em pequenas partículas de silicato, uma substância familiar aos humanos, encontrada em muitas partes do mundo como principal constituinte da areia.

"O JWST está a revolucionar a caracterização de exoplanetas, fornecendo informações sem precedentes a uma velocidade notável," afirma o autor principal, Professor Leen Decin, da KU Leuven. "A descoberta de nuvens de areia, água e dióxido de enxofre neste exoplaneta fofo pelo instrumento MIRI do JWST é um marco fundamental. Ela remodela a nossa compreensão da formação e evolução planetária, lançando uma nova luz sobre o nosso próprio Sistema Solar."

Em contraste com a atmosfera da Terra, onde a água congela a baixas temperaturas, em planetas gasosos que atingem temperaturas em torno de 1000 graus Celsius, as partículas de silicato podem congelar para formar nuvens. No entanto, no caso do WASP-107b, com uma temperatura de cerca de 500 graus Celsius na atmosfera exterior, os modelos tradicionais previam que estas nuvens de silicato deveriam estar a formar-se nas profundezas da atmosfera, onde as temperaturas são substancialmente mais elevadas. Além disso, nuvens de areia no alto da atmosfera chovem. Como é então possível que estas nuvens de areia existam em grandes altitudes e continuem a perdurar? 

De acordo com o autor principal, Dr. Michiel Min: "O fato de vermos essas nuvens de areia no alto da atmosfera deve significar que as gotículas de chuva de areia evaporam em camadas mais profundas e muito quentes e o vapor de silicato resultante é eficientemente movido de volta para cima, onde eles recondensar para formar nuvens de silicato mais uma vez.

Isso é muito semelhante ao vapor de água e ao ciclo de nuvens em nossa própria Terra, mas com gotículas feitas de areia." Este ciclo contínuo de sublimação e condensação através do transporte vertical é responsável pela presença duradoura de nuvens de areia na atmosfera do WASP-107b.

Esta investigação pioneira não só lança luz sobre o mundo exótico de WASP-107b, mas também amplia os limites da nossa compreensão das atmosferas exoplanetárias. Marca um marco significativo na exploração exoplanetária, revelando a intrincada interação de produtos químicos e condições climáticas nestes mundos distantes.

“O JWST permite uma caracterização atmosférica profunda de um exoplaneta que não tem qualquer contrapartida no nosso Sistema Solar, estamos a desvendar novos mundos!”, afirma o autor principal, Dr. Achrène Dyrek, do CEA Paris.

O instrumento MIRI

Graças ao financiamento do gabinete federal belga de política científica BELSPO através do programa PRODEX da ESA, os engenheiros e cientistas belgas desempenharam um papel fundamental na concepção e desenvolvimento do instrumento MIRI, incluindo o Centre Spatial de Liege (CSL), Thales Alenia Space (Charleroi ) e Sistemas de Sensores OIP (Oudenaarde).

No Instituto de Astronomia da KU Leuven, os cientistas testaram extensivamente o instrumento MIRI em câmaras de teste especiais que simulam o ambiente espacial em laboratórios no Reino Unido, nos centros espaciais NASA Goddard e NASA Johnson.

“Com colegas de toda a Europa e dos Estados Unidos, construímos e testamos o instrumento MIRI há quase 20 anos. É gratificante ver o nosso instrumento desvendar a atmosfera deste exoplaneta intrigante,” afirma o especialista em instrumentos Dr. Bart Vandenbussche da KU Leuven.

Este estudo combina os resultados de várias análises independentes das observações do JWST e representa os anos de trabalho investidos não apenas na construção do instrumento MIRI, mas também nas ferramentas de calibração e análise dos dados observacionais adquiridos com o MIRI”, afirma o Dr. do Max-Planck-Institut für Astronomie, Alemanha.

Fonte: nieuws.kuleuven.be