doi.org/10.48550/arXiv.2401.11082
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#K218b
O exoplaneta K2-18b está atraindo muita atenção. A espectroscopia do Telescópio Espacial James Webb mostra que há carbono e metano em sua atmosfera. Esses resultados, juntamente com outras observações, sugerem que o planeta poderia ser um “Mundo Hycean” há muito hipotetizado. Mas novas pesquisas contrariam isso.
Em vez disso, o planeta poderia ser um mini-Netuno gasoso.
K2-18b está na zona habitável de uma estrela anã vermelha a cerca de 134 anos-luz de distância. Tem cerca de 2,6 raios terrestres e cerca de 8,6 massas terrestres. Seu período orbital é de apenas 33 dias, por isso está próximo de sua estrela. Mas como a estrela é uma anã vermelha fraca, K2-18b recebe aproximadamente a mesma quantidade de energia da sua estrela que a Terra recebe do Sol.
Os cientistas ainda estão intrigados com a densidade e composição do planeta. Sua densidade está entre as densidades da Terra e de Netuno. Como não é predominantemente rochoso como a Terra ou totalmente gasoso como Netuno, isso levou à especulação de que se trata de um mundo hiceano (oceano). A única maneira de os cientistas determinarem do que é feito o K2-18b é descobrir o que há em sua atmosfera.
Foi isso que o James Webb fez, e as suas observações encontraram uma série de produtos químicos, incluindo CO2 e metano. Também constatou falta de amônia.
No início deste mês, os cientistas apresentaram algumas pesquisas sobre o servidor de pré-impressão arXiv (Shorttle et al, 2024) com base nas descobertas do James Webb. Ao trabalhar com modelos climáticos atmosféricos, esses pesquisadores concluíram que K2-18b é provavelmente um mundo oceânico de magma. “O modelo do oceano de magma reproduz o atual espectro James Webb de K2-18b”, escreveram eles, “… sugerindo que esta é uma explicação tão credível para as observações atuais quanto o planeta que hospeda um oceano de água líquida.”
Mas outro grupo de pesquisadores não concorda com isso. Esses pesquisadores não acham que o planeta seja um mundo hiciano ou de lava. Eles apresentaram um artigo, também no arXiv, intitulado “Observações James Webb de K2-18b podem ser explicadas por um mini-Netuno rico em gás sem superfície habitável”. O autor principal é Nicholas Wogan, pesquisador de pós-doutorado na Divisão de Ciências Espaciais do Ames Research Center da NASA. Wogan estuda a Terra primitiva, bem como exoplanetas e astrobiologia.
O James Webb encontrou metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) na atmosfera do K2-18b e também não detectou amônia. Esses resultados geralmente indicam um mundo hiciano com uma espessa atmosfera de hidrogênio/hélio. Mas a análise de Shorttle et al mostrou o contrário, dizendo que os resultados também poderiam mostrar um planeta com um mundo de magma.
O novo artigo de Wogan et al chega a uma conclusão diferente. “… favorecemos a interpretação do mini-Netuno devido à sua relativa simplicidade e porque não precisa de uma biosfera ou de outra fonte desconhecida de metano para explicar os dados”, escrevem.
No seu trabalho, os investigadores usaram modelos fotoquímicos e climáticos para simular diferentes versões do K2-18b, incluindo mundos hicianos e um mini-Netuno rico em gás sem superfície definida. O seu trabalho mostra que o modelo do mini-Netuno rico em gás se ajusta melhor aos dados.
Há uma complexidade extraordinária nas atmosferas planetárias, e descobrir o que está acontecendo a uma distância tão grande é uma tarefa enorme. Os cientistas não só precisam saber quais produtos químicos estão presentes (obrigado, James Webb), mas também compreender todos os processos que ocorrem. A temperatura e a pressão numa atmosfera desempenham um papel importante naquilo que podemos ver e naquilo que pode permanecer oculto.
Um aspecto da atmosfera do K2-18b é a supercriticalidade. Um fluido supercrítico é aquele que está acima do seu ponto crítico em temperatura e pressão. Acima deste ponto crítico, não existem fases gasosas nem líquidas. Mas a pressão não é alta o suficiente para forçar o material formando um sólido. Júpiter e Saturno têm fluidos supercríticos nas profundezas de sua atmosfera e se comportam de maneira muito diferente dos líquidos ou gases. Isso adiciona outra camada de complexidade.
Os pesquisadores têm modelos climáticos que incorporam a complexidade da melhor maneira possível, e compararam as descobertas do James Webb com três exoplanetas modelados: um mundo hiceano inabitável, um mundo hiceano habitável e um mini-Netuno gasoso sem superfície.
“Dados os obstáculos adicionais à manutenção de um clima temperado estável nos mundos Hycean devido à fuga de H2 e à potencial supercriticalidade em profundidade, favorecemos a interpretação do mini-Netuno devido à sua relativa simplicidade e porque não precisa de uma biosfera ou outra fonte desconhecida de metano para explicar os dados”, escrevem os autores.
Os autores salientam que, para um mundo hiceano manter os seus 1% de metano atmosférico, seria necessária uma fonte biogénica ou alguma outra fonte desconhecida. Eles também escrevem que se K2-18b for um mundo hiciano, seria muito difícil para ele evitar o efeito estufa descontrolado e manter uma temperatura estável. Os autores descartam a hipótese hyceana porque ela é cheia de desafios. Segundo eles, um cenário gasoso de mini-Netuno se ajusta melhor aos dados e modelos.
Eles apontam para a atmosfera profunda do planeta para explicar as descobertas do James Webb. A “extinção termoquímica da atmosfera profunda” pode explicar o metano e o dióxido de carbono que o James Webb encontrou, e a cinética da atmosfera profunda, como a ressurgência, pode explicar a falta de amônia e monóxido de carbono.
Esta não será a última palavra sobre K2-18b. Os dados serão submetidos a análises posteriores. À medida que o esforço para a compreender continua, os resultados também fortalecerão os nossos modelos atmosféricos e climáticos existentes. Um dia, no futuro, os cientistas saberão diferenciar os exoplanetas.
Mas, por enquanto, eles ainda estão descobrindo.
Publicado em 04/02/2024 16h32
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