Júpiteres quentes – planetas gigantes de gás que correm em torno de suas estrelas hospedeiras em órbitas extremamente estreitas – tornaram-se um pouco menos misteriosos graças a um novo estudo que combina modelagem teórica com observações do Telescópio Espacial Hubble.
Enquanto os estudos anteriores se concentraram principalmente em mundos individuais classificados como “Júpiteres quentes” devido à sua semelhança superficial com o gigante gasoso em nosso próprio sistema solar, o novo estudo é o primeiro a olhar para uma população mais ampla de mundos estranhos. Publicado na Nature Astronomy, o estudo, liderado por um pesquisador da Universidade do Arizona, fornece aos astrônomos um “guia de campo” sem precedentes para Júpiteres quentes e oferece uma visão geral da formação de planetas em geral.
Embora os astrônomos pensem que apenas cerca de 1 em cada 10 estrelas hospeda um exoplaneta da classe quente de Júpiter, os planetas peculiares constituem uma porção considerável dos exoplanetas descobertos até hoje, devido ao fato de serem maiores e mais brilhantes do que outros tipos de exoplanetas, como como planetas rochosos, mais semelhantes à Terra, ou planetas menores e mais frios, com gás. Variando em tamanho de cerca de um terço do tamanho de Júpiter a 10 massas de Júpiter, todos os Júpiteres quentes orbitam sua estrela hospedeira a uma distância extremamente próxima, geralmente muito mais perto do sol do que Mercúrio, o planeta mais interno do nosso sistema solar. Um “ano” em um Júpiter quente típico dura horas ou, no máximo, alguns dias. Para efeito de comparação, Mercúrio leva quase três meses para completar uma viagem ao redor do sol.
Por causa de suas órbitas próximas, acredita-se que a maioria dos Júpiteres quentes, senão todos, estão presos em um abraço de alta velocidade com suas estrelas hospedeiras, com um lado eternamente exposto à radiação da estrela e o outro envolto em escuridão perpétua. A superfície de um Júpiter quente típico pode chegar a quase 5.000 graus Fahrenheit, com espécimes “mais frios” atingindo 1.400 graus – quente o suficiente para derreter o alumínio.
A pesquisa, que foi liderada por Megan Mansfield, uma NASA Sagan Fellow no Observatório Steward da Universidade do Arizona, usou observações feitas com o Telescópio Espacial Hubble que permitiu à equipe medir diretamente os espectros de emissão de Júpiteres quentes, apesar do fato de que o Hubble pode ‘ t imagem qualquer um desses planetas diretamente.
“Esses sistemas, essas estrelas e seus Júpiteres quentes, estão muito distantes para resolver a estrela individual e seu planeta”, disse Mansfield. “Tudo o que podemos ver é um ponto – a fonte de luz combinada dos dois.”
Mansfield e sua equipe usaram um método conhecido como eclipse secundário para extrair informações das observações que lhes permitiram perscrutar profundamente a atmosfera dos planetas e obter insights sobre sua estrutura e composição química. A técnica envolve observações repetidas do mesmo sistema, capturando o planeta em vários lugares de sua órbita, inclusive quando ele se afunda atrás da estrela.
“Basicamente, medimos a luz combinada proveniente da estrela e de seu planeta e comparamos essa medição com o que vemos quando o planeta está escondido atrás de sua estrela”, disse Mansfield. “Isso nos permite subtrair a contribuição da estrela e isolar a luz emitida pelo planeta, embora não possamos vê-la diretamente.”
Os dados do eclipse forneceram aos pesquisadores uma visão sobre a estrutura térmica das atmosferas de Júpiteres quentes e lhes permitiu construir perfis individuais de temperaturas e pressões para cada um. A equipe então analisou a luz infravermelha próxima, que é uma faixa de comprimentos de onda logo além da faixa que os humanos podem ver, vindo de cada sistema de Júpiter quente para os chamados recursos de absorção. Como cada molécula ou átomo tem seu próprio perfil de absorção específico, como uma impressão digital, observar diferentes comprimentos de onda permite que os pesquisadores obtenham informações sobre a composição química dos Júpiteres quentes. Por exemplo, se a água estiver presente na atmosfera do planeta, ela irá absorver luz a 1,4 mícron, que cai na faixa de comprimentos de onda que o Hubble pode ver muito bem.
“De certa forma, usamos moléculas para varrer a atmosfera desses Júpiteres quentes”, disse Mansfield. “Podemos usar o espectro que observamos para obter informações sobre a composição da atmosfera e também sobre como é a estrutura da atmosfera.”
A equipe deu um passo adiante, quantificando os dados observacionais e comparando-os com modelos dos processos físicos que se acredita estarem em funcionamento nas atmosferas de Júpiter quente. Os dois conjuntos combinaram muito bem, confirmando que muitas previsões sobre a natureza dos planetas com base em trabalho teórico parecem estar corretas, de acordo com Mansfield, que disse que as descobertas são “emocionantes porque eram tudo menos garantidas”.
Os resultados sugerem que todos os Júpiteres quentes, não apenas os 19 incluídos no estudo, provavelmente contêm conjuntos semelhantes de moléculas, como água e monóxido de carbono, junto com quantidades menores de outras moléculas. As diferenças entre os planetas individuais devem atingir principalmente quantidades relativas variáveis dessas moléculas. As descobertas também revelaram que as características de absorção de água observadas variaram ligeiramente de um Júpiter quente para o outro.
“Juntos, nossos resultados nos dizem que há uma boa chance de termos os itens do quadro geral descobertos que estão acontecendo na química desses planetas”, disse Mansfield. “Ao mesmo tempo, cada planeta tem sua própria composição química e isso também influencia o que vemos em nossas observações.”
De acordo com os autores, os resultados podem ser usados para orientar as expectativas do que os astrônomos podem ver ao olhar para um Júpiter quente que não foi estudado antes. O lançamento do telescópio principal de notícias da NASA, o Telescópio Espacial James Webb, previsto para 18 de dezembro, deixou os caçadores de exoplanetas animados porque Webb pode ver em uma faixa muito mais ampla de luz infravermelha e permitirá uma visão muito mais detalhada dos exoplanetas, incluindo Júpiter.
“Há muito que ainda não sabemos sobre como os planetas se formam em geral, e uma das maneiras de tentar entender como isso poderia acontecer é olhando para as atmosferas desses Júpiteres quentes e descobrindo como eles chegaram a ser onde eles estão “, disse Mansfield. “Com os dados do Hubble, podemos observar as tendências estudando a absorção de água, mas quando falamos sobre a composição da atmosfera como um todo, existem muitas outras moléculas importantes que você deseja examinar, como monóxido de carbono e carbono dióxido de carbono, e o JWST nos dará a chance de realmente observá-los também. “
Publicado em 22/10/2021 17h24
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