Descoberta matemática interpreta atmosferas de exoplanetas

 Espectro de um planeta 

A matemática ataca novamente, desta vez resolvendo um problema fundamental que vinha atrapalhando as interpretações que os astrônomos tentam fazer sobre as atmosferas dos exoplanetas. 

Analisar os espectros dos planetas é crucial para entender o que há neles. Em cima, o espectro da Terra; embaixo, do exoplaneta WASP-39b. [Imagem: Gkouvelis - 10.3847/1538-4357/ae3246]

Saber "ler" a atmosfera de um planeta é crucial para entendê-lo, com um foco especial na busca por sinais da presença de vida, que precisa analisar os resultados em busca de compostos gerados por processos biológicos.

O problema é que analisar os dados colhidos de atmosferas reais até agora era considerado matematicamente intratável.

Por isso, há mais de 30 anos os modelos analíticos têm-se baseado em uma atmosfera "simplificada", já que o tratamento matemático completo exige a resolução de uma integral geométrica complexa na presença da opacidade dependente da altitude - um problema que só poderia ser encarado por supercomputadores rodando por meses. Mesmo os modelos não enfrentavam a questão de como a estrutura vertical de uma atmosfera altera os sinais observados pelos telescópios.

O professor Leonardos Gkouvelis, da Universidade de Munique, na Alemanha, descobriu como lidar matematicamente, de modo prático, com o efeito crucial, que envolve como a opacidade atmosférica varia com a pressão. A solução consiste na primeira teoria analítica de forma fechada da espectroscopia de transmissão.

Dados reais

O novo modelo conecta diretamente dados de física molecular de laboratório com observações astronômicas, melhorando significativamente a concordância com dados reais, tanto para a atmosfera da Terra quanto para observações de alta precisão de exoplanetas, feitas com telescópios de última geração.

De fato, avaliações iniciais mostraram que a nova forma de cálculo fornece informações essenciais sobre por que muitas atmosferas de exoplanetas apresentam características espectrais "atenuadas".

"Essa solução analítica abre caminho para uma nova geração de técnicas de análise e recuperação atmosférica muito mais rápidas, transparentes e realistas," disse Gkouvelis. "Elas serão essenciais para maximizar o retorno científico de missões atuais e futuras, como o JWST e o Ariel, e para avançar na caracterização detalhada de mundos potencialmente habitáveis além do Sistema Solar."

Inovação Tecnológica