4531: A atmosfera deste exoplaneta “infernal” está cheia de metal

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Hubble / ESA
O WASP-121b está tão perto da sua estrela que a atracção da maré estica o exoplaneta em forma de ovo

Uma equipa de astrónomos observou um dos exoplanetas mais quentes já encontrados e conseguiu identificar, pelo menos, sete metais a flutuar na sua atmosfera.

O WASP-121b, localizado a 850 anos-luz da Terra, orbita a sua estrela em menos de dois dias. Esta proximidade é o principal motivo da sua temperatura extremamente alta – de cerca de 2.500 a 3.000 graus Celsius – que torna este exoplaneta “infernal” um objecto de estudo ideal para aprender mais sobre mundos super-aquecidos.

Uma equipa liderada por Jens Hoeijmakers, investigador das Universidade de Berna e Genebra, na Suíça, examinou dados recolhidos pelo espectrógrafo Harps de alta resolução e conseguiu mostrar que um total de, pelo menos, sete metais gasosos aparecem na atmosfera do WASP-121b. Os resultados foram publicados recentemente na Astronomy & Astrophysics.

Anteriormente, os astrónomos presumiram que planetas ultra-quentes têm atmosferas muito simples, porque são raros os compostos químicos complexos que se conseguem formar num ambiente tão quente. De acordo com a nova investigação, WASP-121b é uma excepção.

Segundo o Science Alert, estudos anteriores sugeriam que as moléculas que continham vanádio, um metal relativamente raro, eram a principal causa da complexa atmosfera deste exoplaneta. No entanto, tal só faria sentido se um metal mais comum, como o titânio, estivesse em falta na atmosfera.

A equipa de Hoeijmakers decidiu então encontrar outra explicação, até ter percebido que as investigações anteriores estavam corretas. “Para minha surpresa, encontramos fortes assinaturas de vanádio nas observações e, ao mesmo tempo, confirmamos a falta titânio”, avançou o astrónomo.

Além do vanádio, os cientistas descobriram seis outros metais na atmosfera do exoplaneta: ferro, crómio, cálcio, sódio, magnésio e níquel. “Todos os metais evaporaram como resultado das altas temperaturas prevalecentes no WASP-121b, garantindo assim que o ar no exoplaneta consiste em metais evaporados“, explicou Hoeijmakers.

Estes resultados permitem aos cientistas tirar conclusões sobre os processos químicos que ocorrem em planetas deste tipo.

ZAP //

Por ZAP
23 Outubro, 2020

 

Metal vaporizado no “ar” de um exoplaneta

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do Júpiter ultra-quente WASP-121 b.
Crédito: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)

Uma equipa internacional de investigadores, liderada pelo NCCR PlanetS (National Centre of Competence in Research PlanetS) da Universidade de Berna e pela Universidade de Genebra, estudou a atmosfera do exoplaneta ultra-quente WASP-121b. Nele, encontraram vários metais gasosos. Os resultados são o próximo passo na busca por mundos potencialmente habitáveis.

WASP-121b é um exoplaneta localizado a 850 anos-luz da Terra, que orbita a sua estrela em menos de dois dias – um processo que a Terra leva 365 dias a concluir. WASP-121b está muito perto da sua estrela – cerca de 40 vezes mais perto do que a distância Terra-Sol. Esta proximidade é também o principal motivo da sua temperatura extremamente alta, cerca de 2500 a 3000 graus Celsius. Isto torna-o um objecto de estudo ideal para aprender mais sobre mundos super-quentes.

Investigadores liderados por Jens Hoeijmakers, autor principal do estudo e investigador pós-doutorado no NCCR PlanetS da Universidade de Berna e da Universidade de Genebra, examinaram dados que foram recolhidos pelo espectrógrafo HARPS de alta resolução. Foram capazes de mostrar que existem na atmosfera de WASP-121b um total de pelo menos sete metais gasosos. Os resultados foram publicados recentemente na revista Astronomy & Astrophysics.

Inesperadamente, há muito a ocorrer na atmosfera do exoplaneta WASP-121b

WASP-121b tem sido estudado extensivamente desde a sua descoberta. “Os estudos anteriores mostraram que estão a acontecer muitas coisas na sua atmosfera,” explica Jens Hoeijmakers. E isso apesar do facto dos astrónomos terem presumido que os planetas ultra-quentes têm atmosferas bastante simples porque poucos elementos químicos complexos se conseguem formar num calor tão abrasador. Então, como é que WASP-121b atingiu esta complexidade tão inesperada?

“Estudos anteriores tentaram explicar estas observações complexas com teorias que não me pareciam plausíveis,” diz Hoeijmakers. Os estudos suspeitaram que as moléculas contendo o metal relativamente raro vanádio eram a principal causa da complexa atmosfera de WASP-121b. No entanto, segundo Hoeijmakers, isto só faria sentido se um metal mais comum, o titânio, estivesse ausente na atmosfera. Então, Hoeijmakers e colegas começaram à procura de outra explicação. “Mas afinal tinham razão,” admite inequivocamente Hoeijmakers. “Para minha surpresa, na verdade encontrámos fortes assinaturas de vanádio nas observações”. Ao mesmo tempo, porém, não havia titânio. Isto, por sua vez, confirmou a suposição de Hoeijmakers.

Metais vaporizados

Mas a equipa fez outras descobertas inesperadas. Além do vanádio, descobriram recentemente seis outros metais na atmosfera de WASP-121b: ferro, crómio, cálcio, sódio, magnésio e níquel. “Todos metais evaporados como resultado das altas temperaturas prevalecentes em WASP-121b,” explica Hoeijmakers, “garantindo assim que o ‘ar’ do exoplaneta consiste de metais evaporados, entre outras coisas.”

Uma nova era na investigação exoplanetária

Estes resultados tão detalhados, por exemplo, permitem aos investigadores tirar conclusões sobre os processos químicos que ocorrem em tais planetas. Esta é uma capacidade crucial para um futuro não muito distante, quando forem desenvolvidos telescópios e espectrógrafos maiores e mais sensíveis. Estes permitirão aos astrónomos estudar as propriedades de planetas rochosos, mais pequenos e frios, parecidos com a Terra. “Com as mesmas técnicas que usamos hoje, em vez de apenas detectarmos assinaturas de ferro ou vanádio gasosos, poderemos concentrar-nos nas bio-assinaturas, sinais de vida como as assinaturas de água, oxigénio e metano,” diz Hoeijmakers.

O extenso conhecimento sobre a atmosfera de WASP-121b não só confirma o carácter ultra-quente do exoplaneta, mas também sublinha o facto de que este campo de investigação está a entrar numa nova era, como Hoeijmakers explica: “Após anos a catalogar o que ‘existe lá fora’, já não estamos apenas a fazer medições,” explica o investigador, “mas estamos realmente a começar a entender o que os dados dos instrumentos nos mostram. Como os planetas se parecem e diferem uns dos outros. Da mesma forma, talvez, que Charles Darwin começou a desenvolver a teoria da evolução depois de caracterizar inúmeras espécies de animais, estamos a começar a entender mais sobre como estes exoplanetas se formaram e como funcionam.”

Astronomia On-line
13 de Outubro de 2020

 

 

4068: Há metal no ar

CIÊNCIA

Impressão de artista do Júpiter ultra-quente WASP-121 b.
Crédito: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)

Com temperaturas atmosféricas que variam de aproximadamente 1650º C a 3590º C, os Júpiteres ultra-quentes são laboratórios naturais para a ciência planetária extrema. Por exemplos, quaisquer moléculas na atmosfera de um Júpiter ultra-quente serão decompostas nos seus átomos e iões componentes. Então, o que é que pode ser encontrado na atmosfera do Júpiter ultra-quente WASP-121 b?

Laboratórios de ciência extrema

Os Júpiteres ultra-quentes são diferentes de qualquer planeta no nosso Sistema Solar. São enormes, mas vivem muito perto das suas estrelas hospedeiras. Esta proximidade provoca muitos fenómenos invulgares, como variações químicas entre os lados diurno e nocturno do planeta.

O calor intenso que os Júpiteres ultra-quentes sofrem também leva à quebra dos seus componentes atmosféricos. Vários átomos e iões metálicos foram identificados nas atmosferas dos Júpiteres ultra-quentes, incluindo sódio, ferro e magnésio neutros, e titânio e cálcio ionizados. No entanto, os metais mais neutros também podem ser detectados, especialmente nas partes inferiores das atmosferas destes planetas.

Saber que metais esperar num Júpiter ultra-quente ajudaria em muito as observações e as classificações destes planetas. Para este fim, um grupo de investigadores liderados por Maya Ben-Yami (Universidade de Cambridge, Reino Unido) tentou prever que metais podem ser encontrados na atmosfera de WASP-121 b e, em seguida, comparou os seus resultados com as observações do planeta.

Criando uma métrica de metal

WASP-121 b tem sido objecto de muitos estudos ao longo dos últimos anos. Completa uma órbita em torno da sua estrela a cada 1,3 dias e tem aproximadamente a massa de Júpiter. É um bom candidato à espectroscopia de transmissão – à observação da luz estelar filtrada através da atmosfera de um planeta para aprender mais sobre a composição atmosférica – já que é grande e a sua hospedeira é muito brilhante.

Ben-Yami e colaboradores começaram a sua análise modelando abundâncias atómicas para WASP-121 b. Usaram então estas abundâncias para entender o quão fortemente a assinatura de um metal apareceria num espectro. Depois de contabilizar efeitos como a rotação estelar, o resultado final é um espectro de transmissão modelo para WASP-121 b.

Com um modelo espectral em mão, Ben-Yami e colaboradores foram capazes de quantificar a probabilidade de um metal aparecer num espectro observado de WASP-121 b. Assumindo uma qualidade razoável e ruído de sinal para o espectro, descobriram que os metais neutros mais prováveis a serem observados em WASP-121 b seriam o ferro, titânio, vanádio e cromo.

Detectores de metais funcionais

A equipa usou observações obtidas pelo espectrógrafo HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) no Chile para testar as suas previsões. Com base nas suas métricas, pesquisaram os quatro metais mencionados anteriormente, juntamente com o escândio, ítrio e zircónio. Não conseguiram detectar o titânio, escândio, ítrio e zircónio neutros, mas recuperaram detecções anteriores de ferro neutro e ionizado. O mais excitante é que detectaram vanádio e cromo neutros pela primeira vez.

Estas detecções e não-detecções fornecem informações sobre o papel do óxido de vanádio e do óxido de titânio nos Júpiteres ultra-quentes. Pensa-se que ambas as moléculas causem desvios na relação esperada entre a altitude e a temperatura. A detecção do vanádio neutro sugere que o óxido de vanádio é quebrado enquanto a não-detecção do titânio neutro sugere que o oposto é verdadeiro para o óxido de titânio.

Além das novas detecções de vanádio e cromo neutros, este estudo sugere que é viável investigar as atmosferas mais baixas dos Júpiteres ultra-quentes usando métricas baseadas em modelos e espectros de alta qualidade. Tendo em conta que WASP-121 b é assim para o mais frio (ou menos quente), resta uma grande variedade de Júpiteres ultra-quentes para caracterizar.

Astronomia On-line
28 de Julho de 2020

 

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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