As estrelas mais comuns no universo são estrelas anãs vermelhas, o que significa que é mais provável que exoplanetas rochosos sejam encontrados orbitando uma estrela desse tipo. As estrelas anãs vermelhas são frias, então um planeta tem que abraçá-lo em uma órbita apertada para se manter quente o suficiente para potencialmente hospedar água líquida (o que significa que está na zona habitável).
Essas estrelas também são ativas, principalmente quando são jovens, liberando radiação ultravioleta e raios-X que podem destruir atmosferas planetárias. Como resultado, uma importante questão em aberto na astronomia é se um planeta rochoso poderia manter ou restabelecer uma atmosfera em um ambiente tão hostil.
Para ajudar a responder a essa pergunta, os astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA para estudar um exoplaneta rochoso conhecido como GJ 486 b. Está muito perto de sua estrela para estar dentro da zona habitável, com uma temperatura de superfície de cerca de 800 graus Fahrenheit (430 graus Celsius). E, no entanto, suas observações usando o Espectrógrafo de infravermelho próximo do Webb (NIRSpec) mostram indícios de vapor d’água. Se o vapor de água estiver associado ao planeta, isso indicaria que ele tem uma atmosfera apesar de sua temperatura escaldante e proximidade com sua estrela. O vapor de água já foi visto em exoplanetas gasosos antes, mas até o momento nenhuma atmosfera foi definitivamente detectada em torno de um exoplaneta rochoso. No entanto, a equipe adverte que o vapor de água pode estar na própria estrela – especificamente, em manchas estelares frias – e não no planeta.
“Vemos um sinal e quase certamente é devido à água. Mas ainda não podemos dizer se essa água faz parte da atmosfera do planeta, o que significa que o planeta tem uma atmosfera, ou se estamos apenas vendo uma assinatura de água vinda da estrela”, disse Sarah Moran, da Universidade do Arizona em Tucson. , principal autor do estudo.
“O vapor de água na atmosfera de um planeta rochoso quente representaria um grande avanço para a ciência dos exoplanetas. Mas devemos ter cuidado e garantir que a estrela não seja a culpada”, acrescentou Kevin Stevenson, do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Maryland, principal pesquisador do programa.
GJ 486 b é cerca de 30% maior que a Terra e três vezes mais massivo, o que significa que é um mundo rochoso com gravidade mais forte que a Terra. Ele orbita uma estrela anã vermelha em pouco menos de 1,5 dias terrestres. Espera-se que seja bloqueado por maré, com um lado diurno permanente e um lado noturno permanente.
GJ 486 b transita sua estrela, cruzando na frente da estrela do nosso ponto de vista. Se tiver uma atmosfera, então, quando transitar, a luz das estrelas se filtraria através desses gases, imprimindo impressões digitais na luz que permitem aos astrônomos decodificar sua composição por meio de uma técnica chamada espectroscopia de transmissão.
A equipe observou dois trânsitos, cada um durando cerca de uma hora. Eles então usaram três métodos diferentes para analisar os dados resultantes. Os resultados de todos os três são consistentes, pois mostram um espectro principalmente plano com um aumento intrigante nos comprimentos de onda infravermelhos mais curtos. A equipe executou modelos de computador considerando várias moléculas diferentes e concluiu que a fonte mais provável do sinal era o vapor d’água.
Embora o vapor de água possa potencialmente indicar a presença de uma atmosfera em GJ 486 b, uma explicação igualmente plausível é o vapor de água da estrela. Surpreendentemente, mesmo em nosso próprio Sol, às vezes pode existir vapor d’água em manchas solares porque essas manchas são muito frias em comparação com a superfície circundante da estrela. A estrela hospedeira de GJ 486 b é muito mais fria que o Sol, então ainda mais vapor de água se concentraria em suas manchas estelares. Como resultado, poderia criar um sinal que imita uma atmosfera planetária.
“Não observamos evidências do planeta cruzando nenhuma mancha estelar durante os trânsitos. Mas isso não significa que não haja manchas em outros lugares da estrela. E esse é exatamente o cenário físico que imprimiria esse sinal de água nos dados e poderia acabar parecendo uma atmosfera planetária”, explicou Ryan MacDonald, da Universidade de Michigan em Ann Arbor, um dos coautores do estudo.
Espera-se que uma atmosfera de vapor de água eroda gradualmente devido ao aquecimento estelar e à irradiação. Como resultado, se uma atmosfera estiver presente, ela provavelmente terá que ser constantemente reabastecida por vulcões ejetando vapor do interior do planeta. Se a água realmente está na atmosfera do planeta, observações adicionais são necessárias para diminuir a quantidade de água presente.
Observações futuras do Webb podem lançar mais luz sobre esse sistema. Um próximo programa Webb usará o Mid-Infrared Instrument (MIRI) para observar o lado diurno do planeta. Se o planeta não tiver atmosfera, ou apenas uma atmosfera fina, espera-se que a parte mais quente do lado diurno esteja diretamente sob a estrela. No entanto, se o ponto mais quente for deslocado, isso indicaria uma atmosfera que pode circular o calor.
Em última análise, serão necessárias observações em comprimentos de onda infravermelhos mais curtos por outro instrumento Webb, o Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), para diferenciar entre a atmosfera planetária e os cenários de manchas estelares.
“É a união de vários instrumentos que realmente determinará se este planeta tem ou não uma atmosfera”, disse Stevenson.
O estudo foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. Webb resolverá mistérios em nosso sistema solar, olhará além para mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigará as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Européia) e a Agência Espacial Canadense.
Publicado em 07/05/2023 20h48
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