Gemini South auxilia na descoberta de substância química elusiva que forma nuvens em uma antiga anã marrom

Anã marrom de 10 bilhões de anos, apelidada de O Acidente, revela pistas sobre a química da formação de nuvens em planetas como Júpiter e Saturno

Esta ilustração artística mostra uma anã castanha - um objeto maior do que um planeta, mas não suficientemente massivo para iniciar a fusão no seu núcleo, como uma estrela. As anãs castanhas são quentes quando se formam e podem brilhar como esta na imagem, mas com o tempo aproximam-se, em temperatura, dos planetas gigantes gasosos como Júpiter. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor

Na primeira descoberta desse tipo, astrônomos encontraram silano na atmosfera de uma antiga anã marrom apelidada de "O Acidente". Essa molécula desempenha um papel importante na formação de nuvens em atmosferas de gigantes gasosos, mas por décadas não foi detectada em planetas como Júpiter e Saturno. A descoberta foi possível graças a observações complementares do telescópio Gemini Sul, no Chile, financiado pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA, e do Telescópio Espacial James Webb da NASA.

Anãs marrons são objetos peculiares, massivos demais para serem considerados planetas, mas não o suficiente para sustentar a fusão nuclear como uma estrela. Entre essa curiosa classe de objetos, uma anã marrom apelidada de "O Acidente" se destaca por sua mistura única de características físicas, exibindo características anteriormente vistas apenas em anãs marrons jovens e quentes, e outras anteriormente vistas apenas em anãs marrons antigas e frias.

As propriedades do Acidente são altamente incomuns em comparação com todas as outras estrelas e anãs marrons conhecidas, por isso ele passou despercebido pelos métodos típicos de detecção. Foi descoberto acidentalmente em 2020 por um cientista cidadão participante do projeto de ciência cidadã Backyard Worlds: Planet 9. Seu estranho perfil de luz despertou o interesse dos astrônomos, que recorreram a dois dos telescópios terrestres e espaciais mais poderosos do mundo para observar sua atmosfera e entender melhor sua natureza e composição.

A investigação começou com o astrônomo Sandy Leggett, do NSF NOIRLab, obtendo imagens em infravermelho próximo do Acidente usando o telescópio Gemini Sul , no Chile, metade do Observatório Internacional Gemini , financiado em parte pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA ( NSF ) e operado pelo NSF NOIRLab. Isso lançou as bases para investigações futuras, lideradas pelo astrônomo do NOIRLab, Aaron Meisner, usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA .

“O Acidente é extremamente tênue, e o Gemini Sul continua sendo o único telescópio terrestre que conseguiu detectá-lo até agora”, afirma Meisner, coautor do artigo que apresenta esses resultados na Nature . “A detecção do Gemini preparou o terreno para observações com o JWST, permitindo-nos estimar o tempo de exposição necessário para sondar as camadas atmosféricas profundas deste objeto enigmático e obter dados úteis no infravermelho próximo sobre sua composição.”

As observações de Webb revelaram uma surpresa. Na atmosfera do Acidente, a equipe encontrou uma assinatura conclusiva do silano químico — silício ligado a quatro átomos de hidrogênio. Cientistas planetários há muito previram que essa molécula existe em gigantes gasosos e que desempenha um papel importante na formação de nuvens em suas atmosferas. Apesar de décadas de busca, ela não foi detectada nas atmosferas dos gigantes gasosos do nosso Sistema Solar, Júpiter e Saturno, bem como nas milhares de atmosferas que os cientistas estudaram em anãs marrons e gigantes gasosos ao redor de outras estrelas.

Isto marca a primeira descoberta de silano em qualquer anã marrom, exoplaneta ou objeto do Sistema Solar. O fato de esta molécula não ter sido detectada em nenhum lugar, exceto em uma única e peculiar anã marrom, sugere algo sobre a química que ocorre em ambientes tão antigos.

“Às vezes, são os objetos extremos que nos ajudam a entender o que está acontecendo nos objetos comuns”, diz Jackie Faherty, pesquisadora do Museu Americano de História Natural na cidade de Nova York e principal autora do artigo.

Localizada a cerca de 50 anos-luz da Terra, The Accident provavelmente se formou há 10 a 12 bilhões de anos, tornando-se uma das anãs marrons mais antigas já descobertas. O Universo tem quase 14 bilhões de anos, o que significa que The Accident se formou em uma época em que o cosmos continha principalmente hidrogênio e hélio, com traços de outros elementos, incluindo silício. Ao longo de eras, elementos como carbono, nitrogênio e oxigênio se formaram nos núcleos das estrelas, o que significa que planetas e estrelas que se formaram mais recentemente possuem uma maior quantidade desses elementos.

A presença de silano na atmosfera do Acidente sugere que, em objetos muito antigos, o silício pode se ligar ao hidrogênio para formar uma molécula leve capaz de atingir as camadas superiores da atmosfera de um gigante gasoso. Mas em objetos formados mais recentemente, como Júpiter e Saturno, o silício se liga ao oxigênio mais facilmente disponível, criando moléculas mais pesadas que afundam profundamente abaixo das camadas superficiais da atmosfera, onde são indetectáveis ​​por nossos telescópios.

As evidências descobertas na atmosfera do Acidente confirmam a compreensão dos astrônomos sobre a formação das nuvens em gigantes gasosos e oferecem insights cruciais sobre como a formação primordial pode impactar a composição da atmosfera de um planeta. Além disso, revelam como um mundo formado há bilhões de anos pode ter uma aparência drasticamente diferente de um mundo formado durante o surgimento do nosso Sistema Solar.

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