A atmosfera de um planeta do tamanho de Saturno, com temperatura semelhante à da Terra, contém metano.

 Astrônomos usam o Telescópio Espacial James Webb da NASA para determinar, pela primeira vez, a composição da atmosfera de um planeta gigante gasoso distante e temperado. 

Representação artística de um planeta gigante gasoso a orbitar a sua distante estrela hospedeira. Uma nova investigação, liderada por astrónomos da Universidade do Estado da Pensilvânia e do JPL, utilizou o Telescópio Espacial James Webb da NASA para analisar a atmosfera de um planeta gigante gasoso com aproximadamente o tamanho de Saturno, mas com temperaturas semelhantes às da Terra, e descobriu que esta é rica em metano. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Um planeta com tamanho semelhante ao de Saturno, mas com temperatura mais parecida com a da Terra, possui uma atmosfera rica em metano, segundo um novo estudo realizado com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA. Diferentemente dos gigantes gasosos — Júpiter e Saturno — do nosso sistema solar, que estão distantes do Sol e, portanto, são extremamente frios, e dos chamados “Júpiteres quentes” — planetas gigantes além do sistema solar que são extremamente quentes devido à proximidade com as estrelas que orbitam —, este planeta é um dos poucos gigantes temperados conhecidos e o primeiro a ter sua atmosfera analisada. Os novos detalhes sobre a composição da atmosfera do planeta irão contribuir para os modelos de formação e evolução planetária e poderão aprimorar a compreensão dos astrônomos sobre o funcionamento da atmosfera terrestre, de acordo com a equipe de pesquisa. 

Um artigo descrevendo o estudo, realizado por uma equipe de pesquisadores liderada por astrônomos da Penn State e do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA no Instituto de Tecnologia da Califórnia, foi publicado hoje (20 de maio) no Astronomical Journal .

“Uma das principais vantagens do estudo de planetas fora do nosso sistema solar, conhecidos como exoplanetas, é a possibilidade de estudar muitos tipos diferentes de planetas — especialmente aqueles que não vemos no sistema solar — para aprender sobre como os sistemas planetários se formam e evoluem”, disse Renyu Hu, professor associado de astronomia e astrofísica da Faculdade de Ciências Eberly da Universidade Estadual da Pensilvânia e líder da equipe de pesquisa.

“Desde que o primeiro exoplaneta foi descoberto em 1992 por uma equipe que incluía Aleksander Wolszczan, da Universidade Estadual da Pensilvânia, os astrônomos encontraram milhares de exoplanetas. Mas apenas alguns exoplanetas gigantes e temperados são conhecidos, e esta é a primeira vez que conseguimos estudar a atmosfera de um deles em detalhes.”

O planeta, chamado TOI-199b, orbita uma estrela que está a mais de 330 anos-luz da Terra a cada cem dias, aproximadamente. Sua temperatura é de cerca de 79 graus Celsius (175 graus Fahrenheit), o que ainda é quente para um ser humano, mas não muito mais quente do que as temperaturas mais altas já registradas na Terra, em torno de 57 graus Celsius (134 graus Fahrenheit), e é facilmente atingida, por exemplo, nos painéis de carros estacionados sob a luz solar direta. É significativamente mais temperado do que os Júpiteres quentes, que podem atingir milhares de graus, e os gigantes gasosos frios do sistema solar, que estão a centenas de graus abaixo de zero.

Para caracterizar a atmosfera de um exoplaneta, os astrônomos usam uma técnica chamada espectroscopia de transmissão para analisar a luz da estrela que atravessa a atmosfera do planeta. Para que isso funcione, a órbita do planeta deve estar alinhada de forma que ele passe entre sua estrela e o telescópio. Os instrumentos do JWST separam a luz da estrela em seus comprimentos de onda componentes, assim como um prisma separa a luz branca comum nas cores do arco-íris.

“Quando um planeta passa em frente à sua estrela, parte da luz da estrela atravessa a atmosfera do planeta, onde interage com os elementos e moléculas presentes nela”, disse Aaron Bello-Arufe, pesquisador de pós-doutorado no JPL e primeiro autor do artigo. “Elementos específicos absorvem comprimentos de onda específicos da luz, criando uma impressão digital no espectro de luz que o JWST detecta e que reflete a composição da atmosfera.”

O espectro durante o trânsito é comparado às medições de referência da luz da estrela, estabelecidas por meio de cerca de 20 horas consecutivas de observações pelo JWST. O próprio trânsito dura cerca de sete horas, o que é muito mais longo do que os trânsitos de Júpiteres quentes, que podem durar uma hora ou menos. As diferenças entre os espectros de referência e de trânsito mostram quais comprimentos de onda da luz estão sendo absorvidos pela atmosfera do planeta e são usadas para identificar os elementos e moléculas que compõem a atmosfera, explicaram os pesquisadores.

“Quando comparamos os espectros durante o trânsito com a linha de base, vimos que a atmosfera bloqueou os comprimentos de onda da luz estelar absorvidos pelo metano”, disse Bello-Arufe. “Modelos para a composição de exoplanetas gigantes gasosos temperados previam que eles conteriam metano, então é bom ter a confirmação de que nossas teorias estão corretas.”

Além do metano, as observações da equipe indicaram que a atmosfera também continha amônia e dióxido de carbono.

“Com observações adicionais deste planeta, poderíamos estabelecer a abundância relativa desses vários gases em sua atmosfera”, disse Hu. “Essa imagem mais completa da atmosfera de um gigante gasoso temperado pode então ser usada para aprimorar nossos modelos e, potencialmente, entender melhor como os planetas e suas atmosferas se formam e evoluem, inclusive a Terra.

O sucesso deste primeiro estudo da atmosfera de um planeta gigante temperado também nos dá confiança para dedicar mais recursos e tempo de observação ao estudo de outros planetas semelhantes. Assim, poderemos verificar se este planeta é único ou se existem características gerais compartilhadas por esse tipo de planeta.”

Universidade do Estado da Pensilvânia