Gemini Sul confirma ligação há muito suspeitada entre a composição de exoplanetas e suas estrelas hospedeiras.

 Novas observações fornecem a primeira evidência direta de que exoplanetas herdam proporções de elementos rochosos de suas estrelas hospedeiras.

Esta ilustração mostra um Júpiter ultraquente a orbitar uma estrela azul-esbranquiçada do tipo A. Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/J. Pollard 

Astrônomos descobriram que um planeta gigante, WASP-189b, apresenta uma composição semelhante à de sua estrela hospedeira, fornecendo a primeira evidência direta de um conceito fundamental em astrobiologia. Essa descoberta foi possível graças à primeira medição simultânea de magnésio e silício gasosos na atmosfera de um planeta. A equipe utilizou o telescópio Gemini Sul, uma das metades do Observatório Internacional Gemini, parcialmente financiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF) e operado pelo NSF NOIRLab.

A quase 320 anos-luz de distância, na constelação de Libra , encontra-se WASP-189b , um exoplaneta conhecido como um Júpiter ultraquente ( UHJ ). Os UHJs têm temperaturas suficientemente altas para vaporizar elementos formadores de rochas, como magnésio (Mg), silício (Si) e ferro (Fe), oferecendo uma rara oportunidade de observar esses elementos por meio da espectroscopia — a técnica de decompor a luz em seus comprimentos de onda componentes para identificar a presença de substâncias químicas.

Uma equipe internacional de astrônomos liderada por Jorge Antonio Sanchez, um estudante de pós-graduação da Universidade Estadual do Arizona (ASU), observou o WASP-189b usando o espectrógrafo infravermelho de alta resolução IGRINS (Immersion GRating INfrared Spectrograph), quando este estava instalado no telescópio Gemini Sul, no Chile.

Este poderoso instrumento permitiu medir simultaneamente o conteúdo de magnésio e silício da atmosfera do exoplaneta. Esta é a primeira vez que tal medição foi realizada, e os dados revelam que o WASP-189b compartilha a mesma proporção de magnésio para silício que sua estrela hospedeira. Esta descoberta fornece a primeira evidência observacional de uma hipótese amplamente aceita sobre a formação de planetas e abre um novo caminho para a compreensão de como os exoplanetas se formam e evoluem.

“Essas descobertas demonstram a capacidade do Gemini de nos ajudar a compreender as características do notável conjunto de exoplanetas em nossa vizinhança solar”, afirma Chris Davis, Diretor de Programa da NSF para o NOIRLab. “Tais descobertas só são possíveis graças aos instrumentos de ponta do Gemini.”

Acredita-se que planetas gigantes quentes como o WASP-189b possuam uma camada externa de gás com composição química influenciada pelo disco de material no qual se formaram, conhecido como disco protoplanetário . Os pesquisadores presumem que a proporção de elementos formadores de rochas em um disco protoplanetário seja semelhante à da estrela hospedeira, já que ambos nasceram da mesma nuvem primordial de material.

Essa ligação química inferida entre uma estrela e os planetas que se formam ao seu redor é comumente usada para modelar a composição de exoplanetas rochosos. Essa ligação era anteriormente baseada em medições dentro do nosso Sistema Solar e não havia sido observada diretamente em planetas em outros lugares, até agora.

“WASP-189b nos fornece uma âncora observacional muito necessária para nossa compreensão da formação de planetas terrestres, uma vez que oferece uma quantidade mensurável que valida a presumida semelhança da composição estelar e a proporção de material rochoso ao redor das estrelas hospedeiras usado para formar planetas”, diz Sanchez.

Essa hipótese não é apenas útil para a compreensão da formação de planetas, mas também é fundamental para o campo da astrobiologia , que inclui o estudo de ambientes habitáveis ​​no Sistema Solar. Ao medir a composição química de uma estrela, os cientistas podem inferir a abundância de elementos formadores de rochas nos exoplanetas dessa estrela, o que pode determinar as condições geoquímicas que tornam um planeta habitável. Por exemplo, os elementos formadores de rochas na Terra são em parte responsáveis ​​pelo nosso campo magnético protetor, pela tectônica de placas e pela liberação de substâncias químicas essenciais à vida em nossa atmosfera, oceanos e solo.

À medida que o campo de estudos de exoplanetas se volta para a caracterização de planetas terrestres e busca elucidar as condições de habitabilidade de mundos rochosos, a evidência empírica que valida a relação entre as composições estelar e planetária representa um passo fundamental. E o nível de resolução espectral necessário para esses tipos de estudos está atualmente disponível apenas em telescópios terrestres.

“Nosso estudo demonstra a capacidade de espectrógrafos terrestres de alta resolução para restringir espécies críticas como magnésio e silício, que são dois elementos fundamentais para a formação de planetas rochosos”, afirma o coautor do estudo, Michael Line, professor associado da ASU. “Essa capacidade avançada abre uma dimensão totalmente nova em nosso estudo das atmosferas de exoplanetas.”

Observações adicionais em múltiplas faixas de comprimento de onda e alta resolução para estudar atmosferas de exoplanetas como a de WASP-189b ajudarão a revelar o vasto conjunto de substâncias químicas existentes em mundos distantes. Tais estudos permitirão uma compreensão mais profunda das condições que regem a origem, a evolução e a potencial habitabilidade planetária.

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