JWST revela segredos de um exoplaneta sub-Netuno

Novas imagens do TOI-421 b dão uma ideia de como o tipo mais comum de planeta na galáxia pode se formar. 

Esta concepção artística mostra como poderia ser o exoplaneta quente subnetuniano TOI-421 b. Créditos: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI) 

Além do nosso sistema solar, os subnetunos — planetas gasosos maiores que a Terra, mas menores que Netuno — reinam como o tipo mais comum de exoplaneta observado em nossa galáxia. Apesar de sua prevalência, tais planetas não existem ao redor do nosso Sol, então esses mundos permanecem envoltos em mistério. O Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA observou recentemente o exoplaneta TOI-421 b, cujas condições atmosféricas únicas agora permitem aos cientistas compreender os subnetunos com detalhes sem precedentes.

Uma oportunidade única

O olhar aguçado do JWST para o universo infravermelho é especialmente adequado para estudar atmosferas de exoplanetas. "Esperei por Webb durante toda a minha carreira para que pudéssemos caracterizar significativamente as atmosferas desses planetas menores", explicou Eliza Kempton, da Universidade de Maryland, College Park, pesquisadora principal e coautora de um estudo publicado sobre o trabalho, em um comunicado à imprensa da NASA.

"Ao estudar suas atmosferas, estamos obtendo uma melhor compreensão de como os subnetunos se formaram e evoluíram, e parte disso é entender por que eles não existem em nosso sistema solar."

Subnetunos eram desconhecidos há apenas 10 anos, antes de serem descobertos pelo telescópio espacial Kepler da NASA. Esses planetas, várias vezes maiores que a Terra, mas menores que os gigantes gasosos Júpiter e Saturno, apresentam desafios observacionais significativos porque suas atmosferas relativamente frias parecem fortemente obscurecidas por nuvens ou neblinas produzidas pelo gás metano.

Quando pesquisadores observaram um planeta assim passar em frente à sua estrela e observaram a luz estelar filtrada pela atmosfera em busca de pistas sobre sua composição, essas nuvens produziram espectros planos e sem características que forneceram pouca informação. No entanto, os cientistas levantaram a hipótese de que planetas com temperaturas acima de 580 graus Celsius poderiam ter atmosferas mais claras devido à ausência de metano nessas temperaturas — e, portanto, sem neblinas desencadeadas por metano.

Mas TOI-421 b é diferente. Sendo um sub-Netuno quente, com uma temperatura de aproximadamente 730 °C (1.340 °F), TOI-421 b apresentou-se como um candidato ideal para testar essa teoria. A aposta valeu a pena — o telescópio espacial detectou com sucesso características espectrais que revelavam a composição atmosférica do planeta ao passar em frente à sua estrela.

No ar

Uma equipe da Universidade de Maryland identificou vapor de água junto com possivelmente monóxido de carbono e dióxido de enxofre, enquanto metano e dióxido de carbono estavam notavelmente ausentes.

A descoberta mais surpreendente foi que a atmosfera de TOI-421 b parece dominada por hidrogênio, o que contrasta com sub-Netunos observados anteriormente. Essa composição rica em hidrogênio espelha a da estrela hospedeira de TOI-421 b, semelhante ao Sol, sugerindo que o planeta se formou mais como os planetas gigantes do nosso Sistema Solar do que com outros sub-Netunos que encontramos, a maioria dos quais orbita estrelas anãs vermelhas menores e mais frias.

Os pesquisadores agora esperam observar mais sub-Netunos quentes ao redor de estrelas semelhantes ao Sol para determinar se TOI-421 b representa uma tendência mais ampla ou um caso único.

"Descobrimos uma nova maneira de observar esses sub-Netunos", disse o primeiro autor do estudo e aluno de doutorado da Universidade de Maryland, Brian Davenport, que forneceu a análise primária do exoplaneta. "Esses planetas de alta temperatura são passíveis de caracterização. Portanto, ao observar sub-Netunos com essa temperatura, talvez tenhamos mais probabilidade de acelerar nossa capacidade de aprender sobre esses planetas."

As descobertas da equipe, publicadas no The Astrophysical Journal Letters em 5 de maio, demonstram o impacto transformador do JWST na pesquisa de exoplanetas, oferecendo novos insights sobre a formação e evolução desses mundos.

Astronomy.com