CIÊNCIA // ASTRONOMIA // WEBB
O Telescópio Espacial James Webb da NASA observou o exoplaneta WASP-80 b à medida que este passava em frente e por detrás da sua estrela hospedeira, revelando espectros indicativos de uma atmosfera contendo o gás metano e vapor de água.
Embora o vapor de água tenha sido detectado em mais de uma dúzia de planetas até à data, até há pouco tempo o metano – uma molécula encontrada em abundância nas atmosferas de Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno no nosso Sistema Solar – permaneceu esquivo nas atmosferas de exoplanetas em trânsito quando estudado com espectroscopia espacial.
Representação artística do exoplaneta ameno WASP-80 b, cuja cor pode parecer azulada aos olhos humanos devido à ausência de nuvens de grande altitude e à presença de metano atmosférico identificado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA, semelhante aos planetas Úrano e Neptuno no nosso próprio Sistema Solar.
Crédito: NASA
Taylor Bell, do BAERI (Bay Area Environmental Research Institute), que trabalha no Centro de Investigação Ames da NASA, em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia, e Luis Welbanks, da Universidade do Estado do Arizona, explicam a importância da descoberta do metano nas atmosferas de exoplanetas e discutem como as observações do Webb facilitaram a identificação desta molécula há muito procurada. Estas descobertas foram recentemente publicadas na revista científica Nature.
“Com uma temperatura de cerca de 825 K (aproximadamente 552º C), WASP-80 b é o que os cientistas chamam um ‘Júpiter ameno’, que são planetas semelhantes em tamanho e massa ao planeta Júpiter no nosso Sistema Solar, mas que têm uma temperatura que se situa entre a dos Júpiteres quentes, como HD 209458 b (o primeiro exoplaneta em trânsito descoberto), com 1450 K (1177º C), e a dos Júpiteres frios, como o nosso, que tem cerca de 125 K (-148º C) “.
WASP-80 b dá uma volta à sua estrela anã vermelha de três em três dias e está situado a 163 anos-luz de distância, na direcção da constelação de Águia. Como o planeta está tão perto da sua estrela e ambos estão tão longe de nós, não podemos ver o planeta directamente, nem mesmo com os telescópios mais avançados como o Webb.
Em vez disso, os investigadores estudam a luz combinada da estrela e do planeta usando o método de trânsito (que tem sido usado para descobrir a maioria dos exoplanetas conhecidos) e o método do eclipse.
Usando o método de trânsito, observaram o sistema quando o exoplaneta se moveu em frente da sua estrela, a partir da nossa perspectiva, fazendo com que a luz da estrela que vemos diminuísse um pouco. É como quando alguém passa à frente de um candeeiro e a luz diminui.
Durante este tempo, um fino anel da atmosfera do planeta à volta da fronteira dia/noite é iluminado pela estrela e, em certas cores de luz em que as moléculas da atmosfera do planeta absorvem a luz, a atmosfera parece mais espessa e bloqueia mais a luz estelar, causando um escurecimento mais profundo do que noutros comprimentos de onda em que a atmosfera parece transparente.
Este método ajuda os cientistas a compreender de que é feita a atmosfera do planeta, vendo que cores de luz estão a ser bloqueadas.
Entretanto, utilizando o método do eclipse, observaram o sistema quando o planeta passou por detrás da sua estrela, a partir da nossa perspectiva, causando outro pequeno decréscimo na luz total que recebemos.
Todos os objectos emitem alguma luz, chamada radiação térmica, com a intensidade e a cor da luz emitida a depender do grau de aquecimento do objecto.
Pouco antes e pouco depois do eclipse, o lado quente do planeta está virado para nós e, medindo a queda de luz durante o eclipse, conseguimos medir a luz infravermelha emitida pelo planeta.
Nos espectros de eclipses, a absorção por moléculas na atmosfera do planeta aparece tipicamente como uma redução na luz emitida pelo planeta em comprimentos de onda específicos.
Além disso, dado que o planeta é muito mais pequeno e frio do que a sua estrela hospedeira, a profundidade de um eclipse é muito menor do que a profundidade de um trânsito.
O espectro de trânsito (em cima) e o espectro do eclipse (em baixo) de WASP-80 b medidos pelo modo de espectroscopia do NIRCam do Telescópio Espacial James Webb da NASA. Em ambos os espectros, há evidências claras de absorção de água e metano, cujas contribuições são indicadas com contornos coloridos. Durante um trânsito, o planeta passa em frente da estrela, e num espectro de trânsito, a presença de moléculas faz com que a atmosfera do planeta bloqueie mais luz em certas cores, causando um escurecimento mais profundo nesses comprimentos de onda. Durante um eclipse, o planeta passa por detrás da estrela e, neste espectro do eclipse, as moléculas absorvem alguma da luz emitida pelo planeta em cores específicas, o que leva a uma menor diminuição do brilho durante o eclipse em comparação com um trânsito.
Crédito: BAERI/NASA/Taylor Bell
O primeiro tipo de modelo é totalmente flexível, tentando milhões de combinações de abundâncias e temperaturas de metano e água para encontrar a combinação que melhor corresponde aos dados.
O segundo tipo, designado por “modelos auto-consistentes”, também explora milhões de combinações, mas utiliza os nossos conhecimentos actuais de física e química para determinar os níveis de metano e de água que podem ser esperados.
Ambos os tipos de modelos chegaram à mesma conclusão: uma detecção definitiva de metano.
Para validar os resultados, utilizaram métodos estatísticos robustos para avaliar a probabilidade de a detecção ser um ruído aleatório. “No nosso campo, consideramos que o ‘padrão de ouro’ é algo chamado de ‘detecção de 5-sigma’, o que significa que as probabilidades de uma detecção ser causada por ruído aleatório são de 1 em 1,7 milhões.
Entretanto, detectámos metano com 6,1-sigma em ambos os espectros do trânsito e do eclipse, o que coloca as probabilidades de uma falsa detecção em cada observação em 1 em 942 milhões, ultrapassando o ‘padrão de ouro’ de 5-sigma e reforçando a nossa confiança em ambas as detecções”.
Com uma detecção tão segura, não só encontraram uma molécula muito esquiva, como podem agora começar a explorar o que esta composição química nos diz sobre o nascimento, crescimento e evolução do planeta.
Por exemplo, ao medir a quantidade de metano e de água no planeta, podem inferir a relação entre átomos de carbono e átomos de oxigénio. Espera-se que este rácio mude dependendo de onde e quando os planetas se formam no seu sistema.
Assim, a análise deste rácio carbono/oxigénio pode fornecer pistas sobre se o planeta se formou perto da sua estrela ou mais longe, antes de se mover gradualmente para o interior.
Outra coisa que os entusiasma com esta descoberta é a oportunidade de, finalmente, comparar planetas fora do nosso Sistema Solar com os que se encontram nele.
A NASA tem um historial de enviar naves espaciais aos gigantes gasosos do nosso Sistema Solar para medir a quantidade de metano e outras moléculas nas suas atmosferas.
Agora, ao disporem de uma medição do mesmo gás num exoplaneta, podem começar a fazer uma comparação “de maçãs para maçãs” e ver se as expectativas do Sistema Solar correspondem ao que vemos fora dele.
“Finalmente, ao olharmos para as futuras descobertas com o Webb, este resultado mostra-nos que estamos à beira de mais descobertas excitantes. Observações adicionais de WASP-80 b com o MIRI e com o NIRCam do Webb permitir-nos-ão sondar as propriedades da atmosfera em diferentes comprimentos de onda da luz.
As nossas descobertas levam-nos a pensar que seremos capazes de observar outras moléculas ricas em carbono, como o monóxido de carbono e o dióxido de carbono, permitindo-nos traçar um quadro mais completo das condições da atmosfera deste planeta.
Além disso, à medida que formos encontrando metano e outros gases em exoplanetas, continuaremos a expandir o nosso conhecimento sobre como a química e a física funcionam em condições diferentes das que temos na Terra e, talvez em breve, noutros planetas que nos fazem lembrar o que temos aqui em casa.
Uma coisa é certa – a viagem de descoberta com o Telescópio Espacial James Webb está repleta de potenciais surpresas”.
// NASA (blog)
// Universidade do Estado do Arizona (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia, Santa Cruz (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)
CCVALG
24 de Novembro de 2023
Ex-Combatente da Guerra do Ultramar, Web-designer,
Investigator, Astronomer and Digital Content Creator
published in: 6 dias ago
