Até o início dos anos 2000, os únicos planetas conhecidos estavam localizados em nossa própria vizinhança, o Sistema Solar. Em geral, eles formam duas categorias: os pequenos planetas rochosos no Sistema Solar interno e os planetas gasosos frios localizados na parte externa. Com a descoberta de exoplanetas, planetas orbitando estrelas diferentes do Sol, classes adicionais de planetas foram descobertas e uma nova imagem começou a surgir. Nosso sistema solar não é típico.
Por exemplo, dados da missão Kepler mostraram que grandes exoplanetas gasosos podem orbitar muito perto de sua estrela – em vez de longe dela, como é o caso em nosso Sistema Solar, fazendo com que alcancem temperaturas superiores a 1.000 Kelvin (727 graus Celsius). Estes foram apelidados de Júpiter “quentes” ou “ultra-quentes”. E enquanto a maioria dos outros exoplanetas são menores, entre o tamanho de Netuno e a Terra, não sabemos muito sobre sua composição.
Mas como podem os planetas quentes e gasosos se formar e existir tão perto de sua estrela? Que tipo de processos físicos extremos acontecem aqui? As respostas a essas perguntas têm grandes implicações em nossa compreensão dos exoplanetas e planetas do sistema solar. Em nosso estudo recente, publicado no The Astrophysical Journal Letters, adicionamos outra peça ao quebra-cabeça da formação e evolução dos planetas.
Kelt-9b
Em essência, os Júpiteres quentes são uma janela para processos físicos e químicos extremos. Eles oferecem uma oportunidade incrível de estudar física em condições ambientais que são quase impossíveis de reproduzir na Terra. Estudá-los aumenta nossa compreensão dos processos químicos e térmicos, dinâmica atmosférica e formação de nuvens. Compreender suas origens também pode nos ajudar a melhorar os modelos de formação e evolução planetária.
Ainda estamos lutando para explicar como os planetas se formam e como elementos, como a água, foram entregues ao nosso próprio Sistema Solar. Para descobrir, precisamos aprender mais sobre as composições de exoplanetas observando suas atmosferas.
Atmosferas de observação
Existem dois métodos principais para estudar as atmosferas de exoplanetas. No método de trânsito, podemos captar a luz estelar que é filtrada pela atmosfera do exoplaneta quando passa na frente de sua estrela, revelando as impressões digitais de quaisquer elementos químicos que ali existam.
O outro método para investigar um planeta é durante um “eclipse”, quando ele passa por trás de sua estrela hospedeira. Os planetas também emitem e refletem uma pequena fração da luz, portanto, comparando as pequenas mudanças na luz total quando o planeta está oculto e visível, podemos extrair a luz que vem do planeta.
Ambos os tipos de observações são realizados em diferentes comprimentos de onda, ou cores, e como os elementos químicos e compostos absorvem e emitem em comprimentos de onda muito específicos, um espectro (luz dividida por comprimento de onda) pode ser produzido para o planeta inferir a composição de sua atmosfera.
Os segredos de Kelt-9 b
Em nosso estudo, usamos dados disponíveis publicamente, obtidos pelo Telescópio Espacial Hubble, para obter o espectro do eclipse deste planeta.
Em seguida, usamos um software de código aberto para extrair a presença de moléculas e descobrimos que havia muitos metais (feitos de moléculas). Esta descoberta é interessante, pois se pensava anteriormente que essas moléculas não estariam presentes em tais temperaturas extremas – elas seriam quebradas em compostos menores.
Sujeito à forte atração gravitacional de sua estrela hospedeira, Kelt-9 b está “travado por maré”, o que significa que a mesma face do planeta está permanentemente voltada para a estrela. Isso resulta em uma forte diferença de temperatura entre os lados diurno e noturno do planeta. À medida que as observações do eclipse sondam o lado mais quente do dia, sugerimos que as moléculas observadas poderiam de fato ser arrastadas por processos dinâmicos de regiões mais frias, como o lado noturno ou mais profundamente no interior do planeta. Essas observações sugerem que as atmosferas desses mundos extremos são governadas por processos complexos que são mal compreendidos.
Kelt-9 b é interessante por causa de sua órbita inclinada de cerca de 80 graus. Isso sugere um passado violento, com possíveis colisões, que na verdade também é visto para muitos outros planetas desta classe. É mais provável que este planeta se formou longe de sua estrela-mãe e que as colisões aconteceram quando ele migrou para dentro em direção à estrela. Isso apóia a teoria de que grandes planetas tendem a se formar longe de sua estrela hospedeira em discos proto-estelares – que dão origem aos sistemas solares – capturando materiais sólidos e gasosos à medida que migram em direção a sua estrela.
Mas não sabemos os detalhes de como isso acontece. Portanto, é fundamental caracterizar muitos desses mundos para confirmar vários cenários e entender melhor sua história como um todo.
Missões futuras
Observatórios, como o Telescópio Espacial Hubble, não foram projetados para estudar atmosferas de exoplanetas. A próxima geração de telescópios espaciais, como o Telescópio Espacial James Webb e a missão Ariel, terá recursos e instrumentos muito melhores especificamente adaptados para a observação rigorosa de atmosferas de exoplanetas. Eles nos permitirão responder a muitas das questões fundamentais levantadas pela classe dos planetas Júpiter extremamente quente, mas não vão parar por aí.
Esta nova geração de telescópios também investigará a atmosfera de pequenos mundos, uma categoria que os instrumentos atuais lutam para alcançar. Em particular, o Ariel, com lançamento previsto para 2029, observará cerca de 1.000 exoplanetas para resolver algumas das questões mais fundamentais na ciência dos exoplanetas.
Ariel também será a primeira missão espacial a examinar em detalhes a atmosfera desses mundos. Deve finalmente nos dizer do que esses exoplanetas são feitos e como eles se formaram e evoluíram. Esta será uma verdadeira revolução.
Publicado em 30/03/2021 11h54
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