896: Webb revela, como nunca antes, uma atmosfera exoplanetária

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do exoplaneta WASP-39 b e da sua estrela. O planeta tem uma atmosfera difusa de cor laranja-azulada com traços de nuvens longitudinais por baixo. O quarto esquerdo do planeta (o lado virado para a estrela) está iluminado, enquanto que o resto está na sombra. A estrela é branca-amarelada, sem características nítidas.
Crédito: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA acabou de “marcar outro golo”: um retrato molecular e químico dos céus de um mundo distante.

Ao passo que o Webb e outros telescópios espaciais, incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, revelaram anteriormente ingredientes isolados da atmosfera quente deste planeta, as novas leituras fornecem um menu completo de átomos, moléculas e até mesmo sinais de química activa e nuvens.

Os últimos dados também fornecem pistas de como estas nuvens podem parecer quando vistas de perto: isoladas em vez de como um cobertor único e uniforme sobre o planeta.

O conjunto de instrumentos altamente sensíveis do telescópio analisou a atmosfera de WASP-39 b, um “Saturno quente” (um planeta tão massivo quanto Saturno, mas numa órbita mais íntima que a de Mercúrio em torno do Sol) em órbita de uma estrela a cerca de 700 anos-luz de distância.

Este exoplaneta do tamanho de Saturno foi um dos primeiros examinados pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA quando iniciou operações científicas regulares. Os resultados entusiasmaram a comunidade científica exoplanetária.

Os instrumentos de sensibilidade requintada do Webb forneceram um perfil dos constituintes atmosféricos de WASP-39 b e identificaram uma pletora de conteúdos, incluindo água, dióxido de enxofre, monóxido de carbono, sódio e potássio.

As descobertas são um bom presságio da capacidade dos instrumentos do Webb em realizar a vasta gama de investigações exoplanetárias – investigações de planetas em torno de outras estrelas – esperada pela comunidade científica. Isto inclui a análise das atmosferas de planetas mais pequenos e rochosos, como os do sistema TRAPPIST-1.

“Observámos o exoplaneta com vários instrumentos que, em conjunto, cobrem uma ampla faixa do espectro infravermelho e uma panóplia de impressões digitais químicas inacessíveis antes do JWST”, disse Natalie Batalhas, astrónoma da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, que contribuiu e ajudou a coordenar a nova investigação. “Dados como estes ‘mudam completamente o jogo'”.

Os achados foram detalhados num conjunto de cinco novos artigos científicos, três dos quais já foram divulgados pela imprensa científica e dois ainda estão em revisão.

Entre as revelações sem precedentes está a primeira detecção, numa atmosfera exoplanetária, de dióxido de enxofre, uma molécula produzida a partir de reacções químicas desencadeadas pela luz altamente energética da estrela hospedeira do planeta. Na Terra, a camada protectora de ozono, na atmosfera superior, é criada de forma semelhante.

“Esta é a primeira vez que vemos evidências concretas de fotoquímica – reacções químicas iniciadas pela luz estelar energética – em exoplanetas”, disse Shang-Min Tsai, investigador na Universidade de Oxford, Reino Unido, e autor principal do artigo que explica a origem do dióxido de enxofre na atmosfera de WASP-39 b.

“Vejo isto como uma perspectiva realmente promissora para, com esta missão, fazer avançar a nossa compreensão das atmosferas exoplanetárias”.

Isto levou a outro “primeiro”: a aplicação de modelos computacionais de fotoquímica, por parte dos cientistas, a dados que exigem que tal física seja totalmente explicada.

As melhorias resultantes na modelagem vão ajudar a construir o “know-how” tecnológico necessário para interpretar, no futuro, potenciais sinais de habitabilidade.

“Os planetas são esculpidos e transformados ao orbitarem no ‘banho de radiação’ da estrela hospedeira”, disse Batalha. “Na Terra, essas transformações permitem que a vida prospere”.

A proximidade do planeta à sua estrela-mãe – oito vezes mais perto do que Mercúrio está do Sol – também o torna um laboratório ideal para estudar os efeitos da radiação das estrelas hospedeiras nos exoplanetas.

Um melhor conhecimento da ligação estrela-planeta deverá trazer uma compreensão mais profunda de como estes processos afectam a diversidade dos planetas observados na Galáxia.

Outros constituintes atmosféricos detectados pelo telescópio Webb incluem sódio (Na), potássio (K) e vapor de água (H2O), confirmando observações telescópicas anteriores terrestres e espaciais, bem como a descoberta de impressões digitais da água, nestes comprimentos de onda mais longos, que nunca tinham sido vistos antes.

O Webb também viu dióxido de carbono (CO2) com maior resolução, fornecendo duas vezes mais dados do que os relatados nas suas observações anteriores.

Entretanto, o monóxido de carbono (CO) foi detectado, mas as assinaturas óbvias de metano (CH4) e sulfureto de hidrogénio (H2S) ficaram ausentes dos dados do Webb. Se presentes, estas moléculas existem a níveis muito baixos.

Para capturar este largo espectro da atmosfera de WASP-39 b, uma equipa internacional de centenas de cientistas analisou independentemente os dados de quatro modos dos instrumentos finamente calibrados do telescópio Webb.

“Tínhamos previsto o que [o telescópio] nos mostraria, mas foi mais preciso, mais diverso e mais bonito do que acreditava ser possível”, disse Hannah Wakeford, astrofísica da Universidade de Bristol, no Reino Unido, que investiga atmosferas exoplanetárias.

Ter uma lista tão completa de ingredientes químicos numa atmosfera exoplanetária também dá aos cientistas um vislumbre da abundância de diferentes elementos uns em relação aos outros, tais como os rácios carbono/oxigénio ou potássio/oxigénio.

Isto, por sua vez, proporciona uma visão de como este planeta – e talvez outros – se formou a partir do disco de gás e poeira que rodeava a estrela-mãe nos seus primeiros anos.

O inventário químico de WASP-39 b sugere uma história de colisões e fusões de corpos mais pequenos chamados planetesimais para criar um eventual “Golias” planetário.

“A abundância de enxofre relativamente ao hidrogénio indicou que o planeta presumivelmente sofreu uma grande acreção de planetesimais que podem fornecer estes ingredientes à atmosfera”, disse Kazumasa Ohno, investigador exoplanetário da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, que trabalhou nos dados do Webb.

“Os dados também indicam que o oxigénio é muito mais abundante do que o carbono na atmosfera. Isto indica potencialmente que WASP-39 b se formou originalmente muito longe da estrela central”.

Ao revelar com precisão os detalhes de uma atmosfera exoplanetária, os instrumentos do telescópio Webb tiveram um desempenho muito superior às expectativas dos cientistas – e prometem uma nova fase de exploração da grande variedade de exoplanetas na Galáxia.

“Vamos poder ver o grande quadro das atmosferas dos exoplanetas”, disse Laura Flagg, investigadora da Universidade de Cornell e membro da equipa internacional. “É incrivelmente excitante saber que tudo vai ser reescrito. Essa é uma das melhores partes de se ser cientista”.

Astronomia On-line
25 de Novembro de 2022



 

156: Webb detecta dióxido de carbono em atmosfera exoplanetária

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta é uma impressão artística do aspecto do exoplaneta WASP-39 b, com base no conhecimento actual do planeta.
WASP-39 b é um gigante gasoso e inchado, com uma massa 0,28 vezes superior à de Júpiter (0,94 vezes a de Saturno) e um diâmetro 1,3 vezes superior ao de Júpiter, orbitando apenas a 0,0486 unidades astronómicas (7.274.285 km) da sua estrela hospedeira. A estrela, WASP-39, é fraccionariamente mais pequena e menos massiva do que o Sol. Por estar tão perto da sua estrela, WASP-39 b é muito quente e é provável que tenha bloqueio de maré, o que significa que um dos lados está sempre virado para a estrela.
Os dados recolhidos pelo NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb mostram provas inequívocas de dióxido de carbono na atmosfera, enquanto observações anteriores pelo Hubble, Spitzer e outros telescópios indicam também a presença de vapor de água, sódio e potássio. O planeta tem provavelmente nuvens e alguma forma de meteorologia, mas pode não ter bandas atmosféricas como as de Júpiter e Saturno.
Esta ilustração baseia-se em observações de trânsito indirecto pelo Webb, bem como de outros telescópios espaciais e terrestres. O Webb não capturou uma imagem directa deste planeta.
Crédito: NASA, ESA, CSA e J. Olmsted (STScI)

O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA encontrou evidências definitivas de dióxido de carbono na atmosfera de um planeta gigante gasoso em órbita de uma estrela semelhante ao Sol a 700 anos-luz de distância.

O resultado fornece importantes conhecimentos sobre a composição e formação do planeta e é indicativo da capacidade do Webb em também detectar e medir dióxido de carbono nas atmosferas mais finas de planetas rochosos de menor dimensão.

WASP-39 b é um quente gigante gasoso com uma massa aproximadamente um-quarto da de Júpiter (aproximadamente a mesma que Saturno) e um diâmetro 1,3 vezes superior ao de Júpiter.

É um planeta “inchado” devido, em parte, à sua temperatura elevada (cerca de 900º C). Ao contrário dos gigantes de gás mais compactos e frios no nosso Sistema Solar, WASP-39 b orbita muito perto da sua estrela hospedeira – apenas cerca de um-oitavo da distância entre o Sol e Mercúrio – completando uma volta em pouco mais de quatro dias terrestres.

A descoberta do planeta, anunciada em 2011, baseou-se em detecções terrestres da subtil e periódica diminuição de luz da estrela hospedeira à medida que o planeta transita, ou passa em frente da estrela.

Planetas em trânsito como WASP-39b, cujas órbitas observamos de lado e não de cima, podem proporcionar aos investigadores oportunidades ideais para sondar atmosferas planetárias.

Durante um trânsito, parte da luz estelar é eclipsada completamente pelo planeta (provocando a queda de brilho) e alguma é transmitida através da atmosfera do planeta.

A atmosfera filtra algumas cores mais do que outras, dependendo de factores como a sua composição, a sua espessura e se existem ou não nuvens (nós observamos este efeito na nossa própria atmosfera, à medida que a cor e a qualidade da luz diurna muda, dependendo de quão nublado ou húmido está o ar, ou de onde o Sol está no céu).

Dado que diferentes gases absorvem diferentes combinações de cores, os investigadores podem analisar pequenas diferenças no brilho da luz transmitida através de um espectro de comprimentos de onda e assim determinar exactamente de que é composta uma atmosfera.

Com a sua combinação de atmosfera inflada e trânsitos frequentes, WASP-39 b é um alvo ideal para esta técnica, conhecida como espectroscopia de transmissão. A equipa usou o instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb para fazer esta detecção.

No espectro resultante da atmosfera exoplanetária, a pequena “colina” entre 4,1 e 4,6 micrómetros é tudo menos trivial para os investigadores. É a primeira evidência clara, detalhada e indiscutível de dióxido de carbono alguma vez detectada num planeta para lá do Sistema Solar.

“Assim que os dados apareceram no meu ecrã, a impressionante característica do dióxido de carbono agarrou-me”, disse Zafar Rustamkulov, estudante na Universidade Johns Hopkins, EUA e membro da equipa dos trânsitos exoplanetários. “Foi um momento especial, este importante atravessar do limiar nas ciências exoplanetárias”.

Mesmo sem a forte característica do dióxido de carbono, este espectro seria notável. Nenhum observatório alguma vez mediu antes diferenças tão subtis no brilho de tantas cores individuais na gama de 3 a 5,5 micrómetros num espectro de transmissão exoplanetário.

O acesso a esta parte do espectro é crucial para medir as abundâncias de gases como a água e o metano, bem como o dióxido de carbono, que se pensa existirem nas atmosferas de muitos tipos diferentes de exoplanetas.

“A detecção de um sinal tão claro de dióxido de carbono em WASP-39b é um bom sinal para a detecção de atmosferas em planetas mais pequenos de dimensão terrestre”, disse Natalie Batalha da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, EUA, que lidera a equipa de investigadores que estudam os exoplanetas em trânsito com o Webb.

“É espantoso ver o instrumento NIRSpec da ESA produzir estes dados incríveis tão cedo na missão, quando sabemos que ainda podemos melhorar a qualidade dos dados daqui para a frente”, acrescentou Sarah Kendrew, cientista do instrumento MIRI do Webb para a ESA, no STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, EUA.

Compreender a composição da atmosfera de um planeta é importante porque diz-nos algo sobre a origem do planeta e de como este evoluiu. “As moléculas de dióxido de carbono são rastreadores sensíveis da história da formação planetária”, disse o membro da equipa Mike Line da Universidade Estatal do Arizona, EUA.

“Ao medir esta característica do dióxido de carbono, podemos determinar quanto material sólido vs. quanto material gasoso foi utilizado para formar este gigante planeta de gás. Na próxima década, o Webb fará esta medição para uma variedade de planetas, fornecendo informações sobre os detalhes de como os planetas se formam e sobre a singularidade do nosso próprio Sistema Solar”.

Estes resultados também acrescentam a investigação existente pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. “Nas últimas décadas, o Telescópio Espacial Hubble tem criado o precedente para os mistérios que estas atmosferas contêm, desde nuvens dispersando características moleculares obscuras, a detecções de absorção de vapor de água e atmosferas em fuga”, disse a membro da equipa Hannah Wakeford da Universidade de Bristol, no Reino Unido.

“O Webb irá complementar e ampliar estes estudos com maior resolução, maior cobertura de comprimento de onda e precisão para revelar as principais tendências nos dados que apontam para a formação e evolução destes planetas”.

A observação NIRSpec de WASP-39 b é apenas parte de uma maior investigação que inclui observações do planeta usando uma série de instrumentos, bem como observações de dois outros planetas em trânsito. A investigação, que faz parte do programa ERS (Early Release Science), foi concebida para fornecer à comunidade de investigação exoplanetária dados Webb robustos o mais rapidamente possível.

“Ver os dados pela primeira vez foi como ler um poema na sua totalidade, quando antes só tínhamos uma em cada três palavras”, acrescentou a membro da equipa Laura Kreidberg do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, Alemanha.

“Estes primeiros resultados são apenas o começo; os dados do ERS mostraram que o Webb tem um desempenho magnífico, e os exoplanetas mais pequenos e frios (mais parecidos com a nossa própria Terra) estão ao seu alcance”.

“O objectivo é analisar rapidamente as observações ERS e desenvolver ferramentas de código aberto para a comunidade científica utilizar”, explicou Vivien Parmentier da Universidade de Oxford, no Reino Unido. “Isto permite contribuições de todo o mundo e assegura que das próximas décadas de observações só sairá a melhor ciência possível”.

Astronomia On-line
30 de Agosto de 2022

133: James Webb detectou dióxido de carbono num planeta distante

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Desde o seu lançamento que o Telescópio James Webb não para de surpreender os terráqueos com as imagens inacreditáveis que capta do espaço e dos seus objectos. Além disso, também tem recolhido muita e boa informação relativamente ao que se passa pelo espaço.

Desta vez, e de forma inédita, detectou dióxido de carbono num planeta distante.

Conforme comunicou a Agência Espacial Europeia (em inglês, ESA), o Telescópio Espacial James Webb detectou provas “inequívocas” de dióxido de carbono na atmosfera de um exoplaneta distante. A mesma fonte adiantou que “é a primeira evidência clara, detalhada e indiscutível” de dióxido de carbono num planeta fora do Sistema Solar.

O planeta detectado pelo James Webb é um gigante de gás, semelhante a Júpiter, embora tenha um diâmetro cerca de 33% superior, e tão maciço como Saturno. De nome WASP-39 b e descoberto em 2011, só agora é que os cientistas viram bem perto este objecto que fica a 700 anos-luz de distância, com uma temperatura de cerca de 900º Celsius.

Os cientistas conseguem decifrar a composição química de mundos muito distantes, graças ao NIRSpec do James Webb. Este baseia-se na forma como os exoplanetas orbitam as suas estrelas hospedeiras. Ora, à medida que os planetas passam em frente das estrelas, os cientistas notam diferenças nos comprimentos de onda da luz que são bloqueados pelos planetas.

Quando analisaram o WASP-39 b, encontraram sinais incontestáveis de dióxido de carbono.

Assim que os dados apareceram no meu ecrã, o impressionante recurso do dióxido de carbono agarrou-me. Foi um momento especial, atravessando um importante limiar nas ciências exoplanetas.

Disse Zafar Rustamkulov, um cientista planetário que estuda na Universidade Johns Hopkins e é membro da equipa dos exoplanetas, no comunicado da ESA.

As moléculas de dióxido de carbono são rastreadores sensíveis da história da formação dos planetas. Medindo esta característica do dióxido de carbono, podemos determinar quanto material sólido versus quanto material gasoso foi utilizado para formar este planeta gigante de gás.

Disse também Mike Line, um cientista planetário da Universidade do Estado do Arizona e membro da equipa de investigação, no mesmo comunicado.

Pplware
Autor: Ana Sofia Neto
27 Ago 2022