Hubble descobre exoplaneta “metálico” em forma de bola de rugby

Esta impressão de artista mostra um mundo alienígena que está a perder os gases magnésio e ferro da sua atmosfera. As observações representam a primeira vez que os chamados “metais pesados” – elementos mais massivos que o hidrogénio e hélio – foram detectados a escapar de um Júpiter quente, um exoplaneta gasoso que orbita muito perto da sua estrela. O planeta, conhecido como WASP-121b, orbita uma estrela mais brilhante e mais quente que o Sol. O planeta está tão perigosamente perto da sua estrela que a sua atmosfera superior atinge uma ardente temperatura superior a 2530º C. Uma torrente de luz ultravioleta da estrela hospedeira está a aquecer a atmosfera superior do planeta, o que faz com que os gases magnésio e ferro escapem para o espaço. As observações feitas com o instrumento STIS do Hubble detectaram as assinaturas espectrais de magnésio e ferro longe do planeta. A pequena distância que separa o planeta da estrela significa que está prestes a ser rasgado pelas forças de maré gravitacionais da estrela. As poderosas forças gravitacionais alteraram a forma do planeta para que se parecesse mais como uma bola de rugby. O sistema WASP-121 fica a cerca de 900 anos-luz da Terra.
Crédito: NASA, ESA e J. Olmsted (STScI)

Como pode um planeta ser “mais quente do que quente?” A resposta é quando se detectam metais pesados que escapam da atmosfera do planeta, em vez de se condensarem em nuvens.

Observações do Telescópio Espacial Hubble da NASA revelam magnésio e ferro gasosos a escapar do estranho mundo para lá do nosso Sistema Solar conhecido como WASP-121b. As observações representam a primeira vez que os chamados “metais pesados” – elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio – foram vistos a escapar de um Júpiter quente, um exoplaneta grande e gasoso muito próximo da sua estrela.

Normalmente, os planetas quentes do tamanho de Júpiter ainda estão frios o suficiente para condensar, em nuvens, elementos mais pesados como magnésio e ferro.

Mas este não é o caso com WASP-121b, que orbita tão perigosamente perto da sua estrela que a sua atmosfera superior atinge uma ardente temperatura superior a 2530º C. O sistema WASP-121 reside a cerca de 900 anos-luz da Terra.

“Os metais pesados já foram vistos noutros Júpiteres quentes, mas apenas na atmosfera interior,” explicou o investigador David Sing, da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. “Por isso não sabemos se estão a escapar ou não. Com WASP-121b, vemos os gases magnésio e ferro tão longe do planeta, que não estão gravitacionalmente ligados.”

A luz ultravioleta da estrela hospedeira, que é mais brilhante e mais quente do que o Sol, aquece a atmosfera superior e ajuda a escapar. Além disso, os gases magnésio e ferro que escapam podem estar a contribuir para o pico de temperatura, afirmou Sing. “Estes metais tornam a atmosfera mais opaca no ultravioleta, o que poderá estar a contribuir para o aquecimento da atmosfera superior,” explicou.

O planeta escaldante está tão perto da estrela que está prestes a ser dilacerado pela sua gravidade. Esta distância significa que o planeta não é redondo, tem uma forma mais parecida com uma bola de rugby devido às forças de maré gravitacionais.

“Nós escolhemos este planeta porque é tão extremo,” disse Sing. “Nós pensámos que havia a hipótese de ver elementos mais pesados a escapar. É tão quente e tão favorável para observar, é a melhor chance de encontrar a presença de metais pesados. Estávamos à procura principalmente de magnésio, mas havia indícios de ferro nas atmosferas de outros exoplanetas. Porém, foi uma surpresa vê-lo claramente nos dados e em tão grandes altitudes tão longe do planeta. Os metais pesados estão a escapar em parte porque o planeta é tão grande e inchado que a sua gravidade é relativamente fraca. Este é um planeta cuja atmosfera está a ser activamente removida.”

Os investigadores usaram o instrumento STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) para investigar, no ultravioleta, as assinaturas espectrais do magnésio e do ferro impressas na luz estelar filtradas através da atmosfera de WASP-121b à medida que o planeta passava em frente, ou transitava, a face da sua estrela-mãe.

Este exoplaneta é também um alvo perfeito para o futuro Telescópio Espacial James Webb da NASA procurar, no infravermelho, água e dióxido de carbono, que podem ser detectados em comprimentos de onda mais longe e vermelhos. A combinação das observações do Hubble e do Webb proporcionarão aos astrónomos um inventário mais completo dos elementos químicos que compõem a atmosfera do planeta.

O estudo de WASP-121b faz parte do levantamento PanCET (Panchromatic Comparative Exoplanet Treasury), um programa do Hubble para observar 20 exoplanetas, variando em tamanho desde super-Terras (várias vezes a massa da Terra) até Júpiteres (que têm mais de 100 vezes a massa da Terra), no primeiro estudo comparativo no ultravioleta, visível e infravermelho em larga escala de mundos distantes.

As observações de WASP-121b contribuem para o desenvolvimento da história de como os planetas perdem as suas atmosferas primordiais. Quando os planetas se formam, recolhem uma atmosfera contendo gás do disco em que o planeta e a estrela se formaram. Estas atmosferas consistem principalmente de gases primordiais mais leves, hidrogénio e hélio, os elementos mais abundantes do Universo. Esta atmosfera dissipa-se quando um planeta se aproxima da sua estrela.

“Os Júpiteres quentes são compostos principalmente de hidrogénio e o Hubble é muito sensível ao hidrogénio, de modo que sabemos que estes planetas podem perder gás com relativa facilidade,” acrescentou Sing. “Mas, no caso de WASP-121b, o hidrogénio e hélio estão a fluir, quase como um rio, e estão a arrastar com eles estes metais. É um mecanismo muito eficiente de perda de massa.”

Os resultados foram publicados na revista The Astronomical Journal.

Astronomia On-line
6 de Agosto de 2019