Astrónomos "correm" para captar imagem de exoplaneta perto de estrela

O planeta AF Lep b é um mundo de estreias. Em 2023, ele foi o planeta de menor massa fora do nosso sistema solar a ser diretamente observado e ter sua massa medida usando astrometria.

Esta é uma técnica que mapeia os movimentos sutis de uma estrela hospedeira ao longo de muitos anos para obter insights sobre companheiros em órbita, incluindo planetas. 

Esquerda: imagem da estrela de AF Leporis b, captada pelo DSS (Digitized Sky Survey). Direita: imagem de AF Lep b pelo JWST, mostrando a sua distância à sua estrela hospedeira em comparação com as distâncias de Júpiter e da Terra ao nosso Sol. Quando observada com os instrumentos do JWST, AF Lep b é 10.000 vezes mais fraca que a sua estrela. Crédito: Kyle Franson, Universidade do Texas em Austin; DSS 

Agora, AF Lep b é o planeta de menor massa com a menor separação angular – isto é, quão próximo ele está de sua estrela hospedeira, visto da Terra – que foi diretamente observado pelo Telescópio Espacial James Webb. Os resultados foram publicados recentemente no Astrophysical Journal Letters .

Com 23 milhões de anos, AF Lep b é um gigante gasoso relativamente jovem (para comparação, Júpiter tem 4,6 bilhões de anos). Isso o torna brilhante e, portanto, um ótimo candidato para observação. No entanto, a equipe que desejava aprender mais sobre o planeta - liderada pelos alunos de pós-graduação Kyle Franson da Universidade do Texas em Austin e William Balmer da Universidade Johns Hopkins - teve que correr contra o relógio para capturá-lo. Isso porque ele está se aproximando de sua estrela hospedeira em sua órbita. Quanto mais perto ele estiver, mais difícil será observá-lo.

“AF Lep b está bem na borda interna de ser detectável. Embora seja extraordinariamente sensível, o JWST é menor do que nossos maiores telescópios no solo”, explicou Franson. “E estamos observando em comprimentos de onda maiores, o que tem o efeito de fazer os objetos parecerem mais difusos. Torna-se difícil separar uma fonte da outra quando elas parecem tão próximas.”

Além disso, o JWST usa um coronógrafo para observar planetas perto de suas estrelas. Esta é uma ferramenta que bloqueia a luz da estrela para que objetos próximos possam ser vistos. Na separação angular de AF Lep b de sua estrela, o coronógrafo bloqueia mais de 90 por cento da luz do planeta. À medida que o planeta se aproxima de sua estrela, mais e mais de sua luz será bloqueada.

“A sabedoria convencional tem sido que o JWST é mais sensível a planetas de menor massa em órbitas amplas do que instalações terrestres, mas antes de seu lançamento, não estava claro se ele seria competitivo em pequenas separações”, disse Brendan Bowler, astrônomo da UT Austin e coautor do estudo. “Estamos realmente levando a instrumentação ao limite aqui.”

AF Lep b leva cerca de 25 anos para orbitar sua estrela. Embora, em teoria, os astrônomos pudessem capturar uma imagem dele do outro lado da estrela quando ele for visível novamente, pode levar mais de uma década até que isso seja uma possibilidade.

Para garantir que não perderiam essa oportunidade, a equipe solicitou — e recebeu — o Tempo Discricionário do Diretor. Esse é o tempo no telescópio que é mantido em reserva para observações críticas e sensíveis ao tempo. É competitivo para propostas receberem tempo de observação no JWST, e ainda mais sob essa designação especial. “Este é o primeiro programa de Tempo Discricionário do Diretor liderado por alunos de pós-graduação”, disse Bowler. “E é um dos poucos dentro do campo de exoplanetas.”

“É impressionante que dois estudantes de pós-graduação consigam aproveitar todas essas incríveis inovações tecnológicas”, acrescentou Laurent Pueyo, astrônomo do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e coautor do artigo.

A equipe estava ansiosa para aprender mais sobre a atmosfera de AF Lep b, pois é incomum observar diretamente planetas de massa semelhante aos gigantes gasosos em nosso próprio sistema solar. Com base em suas observações, ele tem uma atmosfera muito ativa, com correntes de convecção misturando elementos entre seus níveis inferior e superior.

“Observamos muito mais monóxido de carbono do que esperávamos inicialmente”, explicou Balmer. “A única maneira de levar gás desse tipo para a atmosfera superior do planeta é com fortes correntes ascendentes.”

Embora aprender mais sobre AF Lep b seja emocionante, a capacidade de fazer essas observações é particularmente notável. “No geral, esses dados foram obtidos no segundo ano de operações do JWST. Há muito mais por vir”, disse Bowler. “Não se trata apenas dos planetas que conhecemos agora, mas também dos planetas que descobriremos em breve. Isso está prenunciando alguns dos trabalhos emocionantes que veremos nos próximos anos.”

Fonte: mcdonaldobservatory.org