SOMBRA DE UM CÉU LIMPO – ASTRÓNOMOS ENCONTRAM UM EXOPLANETA SEM NUVENS

Impressão de artista do “Saturno quente” WASP-96b. Um observador distante veria WASP-96b com um tom azulado, porque o sódio absorve a luz amarelo-laranja do espectro total do planeta.
Crédito: Engine House

Cientistas detectaram uma atmosfera exoplanetária livre de nuvens, marcando um avanço fundamental na busca por uma maior compreensão dos planetas para lá do nosso Sistema Solar.

Uma equipa internacional de astrónomos, liderada pelo Dr. Nikolay Nikolov da Universidade de Exeter, Reino Unido, descobriu que a atmosfera do “Saturno quente” WASP-96b não tem nuvens.

Usando o VLT (Very Large Telescope) de 8,2m no Chile, a equipa estudou a atmosfera de WASP-96b quando o planeta passou em frente da sua estrela-mãe. Isto permitiu com que a equipa medisse a diminuição da luz estelar provocada pelo planeta e pela sua atmosfera e, assim, determinar a composição atmosférica do planeta.

Assim como as impressões digitais de um indivíduo são únicas, os átomos e as moléculas têm uma característica espectral única que pode ser usada para detectar a sua presença em objectos celestes. O espectro de WASP-96b mostra a impressão digital completa do sódio, que só pode ser observada numa atmosfera sem nuvens.

Os resultados foram publicados na prestigiada revista científica Nature no dia 7 de Maio de 2018.

WASP-96b é um típico gigante gasoso e quente (1300K), semelhante a Saturno em massa e que excede o tamanho de Júpiter em 20%. O planeta transita periodicamente uma estrela parecida com o Sol a 980 anos-luz de distância na direcção da constelação do hemisfério sul da Fénix, entre as jóias estelares do sul Fomalhaut (α Piscis Austrini) e Achernar (α Eridani).

Há muito que se previu que o sódio existe nas atmosferas do gigantes gasosos e quentes, e numa atmosfera de livre de nuvens produziria um espectro similar, em forma, ao perfil de uma tenda de campismo.

Nikolay Nikolov, autor principal da Universidade de Exeter, afirma: “Temos estado a analisar mais de 20 espectros de trânsitos exoplanetários. WASP-96b é o único exoplaneta que parece estar totalmente livre de nuvens e mostra uma assinatura de sódio tão clara que torna o planeta uma referência para caracterização.”

“Até agora, o sódio era relevado ou como um pico muito estreito ou estava completamente ausente. Isto porque o perfil característico em forma de ‘tenda de campismo’ só pode ser produzido nas profundezas da atmosfera do planeta e a maioria das nuvens parece atrapalhar.”

Sabemos que as nuvens e neblinas existem em alguns dos planetas mais frios e mais quentes do Sistema Solar e além. A presença ou ausência de nuvens e a sua capacidade para bloquear a luz desempenham um papel importante no orçamento energético geral das atmosferas planetárias.

“É difícil prever quais destas atmosferas quentes terão nuvens espessas. Ao observarmos toda a gama de possíveis atmosferas, desde as muito nubladas até às limpas como WASP-96b, obtemos uma melhor compreensão da composição destas nuvens,” explica o professor Jonathan J. Fortney, coautor do estudo, do OWL (Other Worlds Laboratory) da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, EUA.

A assinatura do sódio vista em WASP-96b sugere uma atmosfera livre de nuvens. A observação permitiu com que a equipa medisse a abundância de sódio na atmosfera do planeta, encontrando níveis semelhantes aos vistos no nosso próprio Sistema Solar.

“WASP-96b também proporcionará uma oportunidade única para determinar a abundância de outras moléculas, como água, monóxido de carbono e dióxido de carbono com observações futuras,” acrescenta o co-autor Ernst de Mooij da Universidade da Cidade de Dublin.

O sódio é o sétimo elemento mais comum no Universo. Na Terra, compostos de sódio como o sal dão à água do mar o seu sabor salgado e a cor branca das salinas. Na vida animal, o sódio é conhecido por regular a actividade cardíaca e o metabolismo. O sódio também é usado em tecnologia, como nas luzes de rua de vapor de sódio, que produz um tom amarelo-laranja.

A equipa pretende observar a assinatura de outras espécies atmosféricas, como a água, o monóxido de carbono e o dióxido de carbono, com os telescópios espaciais Hubble e James Webb, além de telescópios no solo.

Astronomia On-line
8 de Maio de 2018

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371: O COCKTAIL CÓSMICO DAS ATMOSFERAS EXOPLANETÁRIAS

A autora principal Sarah Hörst, à direita, e o investigador Chao He examinam amostras de atmosferas simuladas numa câmara, onde estão armazenadas para evitar a contaminação pela atmosfera da Terra.
Crédito: Will Kirk/JHU

Os cientistas realizaram as primeiras experiências laboratoriais sobre a formação de neblina em atmosferas exoplanetárias simuladas, um passo importante para a compreensão das próximas observações de planetas para lá do Sistema Solar com o Telescópio Espacial James Webb.

As simulações são necessárias para estabelecer modelos de atmosferas de mundos distantes, modelos que podem ser usados para procurar sinais de vida fora do Sistema Solar. Os resultados foram publicados a semana passada na Nature Astronomy.

“Uma das razões pelas quais estamos a começar a fazer este trabalho é entender se a presença de uma camada de neblina nestes planetas os torna mais ou menos habitáveis,” comenta a autora principal do artigo, Sarah Hörst, professora assistente de Ciências Planetárias e da Terra na Universidade Johns Hopkins.

Com os telescópios disponíveis actualmente, os cientistas e astrónomos podem aprender quais os gases que compõem as atmosferas dos exoplanetas.

“Cada gás tem uma impressão digital única,” explica Hörst. “Se medirmos uma faixa espectral suficientemente grande, podemos observar como todas as impressões digitais se sobrepõem umas às outras.”

No entanto, os telescópios actuais não funcionam tão bem para todos os tipos de exoplanetas. Ficam aquém para exoplanetas que têm atmosferas nubladas. A neblina consiste de partículas sólidas suspensas em gás, alterando a forma como a luz interage com o gás. Este “silenciamento” de impressões espectrais torna mais desafiadora a medição da composição atmosférica.

Hörst pensa que esta investigação pode ajudar a comunidade científica exoplanetária a determinar quais os tipos de atmosferas que provavelmente serão nubladas. Com a neblina a complicar a capacidade do telescópio em mostrar aos cientistas os gases que compõem a atmosfera de um exoplaneta – não as quantidades – a nossa capacidade para detectar vida noutros lugares torna-se um prospecto mais sombrio.

Os planetas maiores que a Terra e mais pequenos que Neptuno, chamados super-Terras e mini-Neptunos, são os tipos predominantes de exoplanetas, ou planetas para lá do nosso Sistema Solar. Dado que esta classe de planetas não existe no nosso Sistema Solar, o nosso conhecimento limitado torna-os mais difíceis de estudar.

Com o lançamento do Telescópio Espacial James Webb (em inglês James Webb Space Telescope, ou JWST), previsto para o final da primavera do próximo ano, os cientistas esperam poder examinar as atmosferas destes exoplanetas com mais detalhe. O JWST será capaz de olhar ainda mais para trás no tempo do que o Telescópio Espacial Hubble, com uma área de recolha de luz cerca de 6,25 vezes maior. Orbitando o Sol a pouco mais que 1,5 milhões de quilómetros da Terra, o JWST ajudará os investigadores a medir a composição das atmosferas exoplanetárias e até a procurar os blocos de construção da vida.

“Parte do que estamos a tentar ajudar as pessoas a descobrir é basicamente onde procurar,” comenta Hörst sobre os usos futuros do Telescópio Espacial James Webb.

Dado que o nosso Sistema Solar não tem super-Terras ou mini-Neptunos para comparação, os cientistas não têm “verdades estabelecidas” para as atmosferas destes exoplanetas. Usando modelos de computador, a equipa de Hörst foi capaz de juntar uma série de composições atmosféricas que modelam super-Terras ou mini-Neptunos. Reuniram nove “planetas” diferentes, variando os níveis de três gases dominantes: dióxido de carbono, hidrogénio e vapor de água; quatro outros gases: hélio, monóxido de carbono, metano e azoto; e três séries de temperaturas.

A modelagem computacional propôs diferentes percentagens de gases, que os cientistas misturaram numa câmara e aqueceram. Ao longo de três dias, a mistura aquecida fluiu através de uma descarga de plasma, uma instalação que iniciou reacções químicas dentro da câmara.

“A energia quebra as moléculas de gás com que começamos. Reagem umas com as outras e produzem coisas novas, às vezes fazem uma partícula sólida [criando neblina] e às vezes não,” observa Hörst.

Acrescenta: “A questão fundamental para este trabalho foi: em quais destas misturas gasosas – quais destas atmosferas – esperamos ter neblina?”

Os investigadores descobriram que as nove variantes produziram neblina em quantidades variáveis. A surpresa esteve nas combinações que produziram mais neblina. A equipa descobriu mais partículas de neblina em duas das atmosferas dominadas pela água.

“Nós há muito tempo que tínhamos esta ideia de que a química do metano era o único percurso verdadeiro para criar neblinas, e sabemos agora que isso não é verdade,” explica Hörst, referindo-se a substâncias abundantes tanto no hidrogénio como no carbono.

Além disso, os cientistas descobriram diferenças nas cores das partículas, o que pode afectar a quantidade de calor preso na neblina.

“A presença de uma camada de neblina pode mudar a estrutura de temperatura de uma atmosfera,” comenta Hörst. “Pode impedir com que os fotões altamente energéticos atinjam uma superfície.”

Tal como a camada de ozono que agora protege a vida na Terra de radiações prejudiciais, os cientistas especularam que uma camada primordial de neblina pode ter protegido a vida ao início. Tal pode ser importante na procura por vida.

Para o grupo de Hörst, os próximos passos envolvem a análise das diversas neblinas para ver como a cor e o tamanho das partículas afectam a forma como as partículas interagem com a luz. Também planeiam tentar outras composições, temperaturas e fontes de energia para examinar a composição da neblina produzida.

“As taxas de produção foram os primeiros passos do que será um longo processo na tentativa de descobrir quais as atmosferas com neblinas e qual o impacto das partículas,” conclui Hörst.

Astronomia On-line
13 de Março de 2018

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