Nuvens de silicato descobertas na atmosfera de um exoplaneta distante

Os astrofísicos obtiveram novos e preciosos conhecimentos sobre a formação de exoplanetas distantes e sobre o aspeto das suas atmosferas, depois de utilizarem o Telescópio James Webb para adquirirem imagens de dois exoplanetas jovens com um pormenor extraordinário. 

Impressão artística do sistema YSES-1, que consiste de uma estrela semelhante ao Sol com aproximadamente 16 milhões de anos no centro, YSES-1 b e o seu disco circumplanetário poeirento (direita), e YSES-1 c com nuvens de silicato na sua atmosfera (esquerda). Crédito: Ellis Bogat

Entre as principais descobertas contam-se a presença de nuvens de silicato na atmosfera de um dos planetas e um disco circumplanetário que se pensa alimentar material que pode formar luas à volta do outro. Em termos mais gerais, a compreensão da formação do sistema supersolar YSES-1 fornece uma visão mais aprofundada das origens do nosso próprio Sistema Solar e dá-nos a oportunidade de observar e aprender, em tempo real, como um planeta semelhante a Júpiter se forma.

"Os exoplanetas observados diretamente - planetas para lá do nosso Sistema Solar - são os únicos exoplanetas que podemos fotografar", afirmou o Dr. Evert Nasedkin, pós-doutorado da Escola de Física do TCD (Trinity College Dublin), coautor do artigo científico publicado no passado dia 10 de junho na revista Nature. "Estes exoplanetas são tipicamente ainda suficientemente jovens para estarem ainda quentes devido à sua formação e é este calor, visto no infravermelho, que nós, astrónomos, observamos".

Utilizando instrumentos espetroscópicos a bordo do Telescópio Espacial James Webb, a Dra. Kielan Hoch e uma vasta equipa internacional obtiveram espetros amplos de dois exoplanetas jovens e gigantes que orbitam uma estrela semelhante ao Sol, YSES-1. Estes planetas são várias vezes maiores do que Júpiter e orbitam longe da sua estrela hospedeira, realçando a diversidade de sistemas exoplanetários, mesmo em torno de estrelas como o nosso próprio Sol.

O principal objetivo da medição dos espetros destes exoplanetas era compreender as suas atmosferas. Diferentes moléculas e partículas de nuvens absorvem diferentes comprimentos de onda da luz, conferindo uma impressão digital característica ao espetro de emissão dos planetas.

O Dr. Nasedkin disse: "Quando olhámos para o companheiro mais pequeno e mais distante, conhecido como YSES-1 c, encontrámos a assinatura reveladora das nuvens de silicato no infravermelho médio. Essencialmente feitas de partículas semelhantes a areia, esta é a mais forte característica de absorção de silicatos observada até agora num exoplaneta".

"Pensamos que isto está relacionado com a relativa juventude dos planetas: os planetas mais jovens têm um raio ligeiramente maior e esta atmosfera alargada pode permitir que a nuvem absorva mais da luz emitida pelo planeta. Usando modelos detalhados, conseguimos identificar a composição química destas nuvens, bem como pormenores sobre as formas e tamanhos das partículas das nuvens".

O planeta interior, YSES-1 b, proporcionou outras surpresas: embora todo o sistema planetário seja jovem, com 16,7 milhões de anos, é demasiado velho para encontrar sinais do disco de formação planetária em torno da estrela hospedeira. Mas em YSES-1 b a equipa observou um disco em torno do próprio planeta, que se pensa que alimenta o planeta com material e serve de local de nascimento de luas - semelhante às observadas em torno de Júpiter. Apenas três outros discos deste tipo foram identificados até à data, ambos em torno de objetos significativamente mais jovens do que YSES-1 b, levantando novas questões sobre como este disco pode ter uma vida tão longa.

O Dr. Nasedkin acrescentou: "Em geral, este trabalho realça as capacidades incríveis do Webb para caracterizar atmosferas de exoplanetas. Com apenas um punhado de exoplanetas que podem ser diretamente fotografados, o sistema YSES-1 oferece uma visão única da física atmosférica e dos processos de formação destes gigantes distantes".

Em termos gerais, compreender como este sistema supersolar se formou fornece uma visão mais aprofundada das origens do nosso próprio Sistema Solar, dando-nos a oportunidade de observar a formação de um planeta semelhante a Júpiter em tempo real. É importante, para saber como eram os blocos de construção do nosso próprio Sistema Solar, compreender o tempo que demora a formação dos planetas e a composição química no final desse processo. Os cientistas podem comparar estes sistemas jovens com o nosso, o que dá pistas sobre a forma como os nossos planetas mudaram ao longo do tempo.

A Dra. Kielan Hoch, bolseira Giacconi do STScI (Space Telescope Science Institute), afirmou: "Este programa foi proposto antes do lançamento do JWST. Era único, uma vez que colocámos a hipótese de o instrumento NIRSpec do futuro telescópio ser capaz de observar ambos os planetas no seu campo de visão numa única exposição, essencialmente, dando-nos dois pelo preço de um. As nossas simulações acabaram por estar corretas após o lançamento, fornecendo o conjunto de dados mais detalhado de um sistema multiplanetário até à data".

"Os planetas do sistema YSES-1 estão também demasiado separados para serem explicados através das atuais teorias de formação, pelo que as descobertas adicionais de nuvens de silicato distintas em torno de YSES-1 c e de pequeno material poeirento quente em torno de YSES-1 b levam a mais mistérios e complexidades para determinar como os planetas se formam e evoluem”.

"Esta investigação foi também liderada por uma equipa de investigadores em início de carreira, como pós-doutorados e estudantes, que constituem os primeiros cinco autores do artigo científico. Este trabalho não teria sido possível sem a sua criatividade e trabalho árduo, que é o que ajudou a fazer estas incríveis descobertas multidisciplinares".

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