Novas observações do Telescópio Espacial James Webb nos deram a confirmação direta de que alguns mundos alienígenas têm nuvens de rocha.
O telescópio detectou diretamente nuvens de silicato na atmosfera de uma anã marrom – a primeira vez, de acordo com uma equipe internacional de astrônomos, que tal detecção foi feita em um companheiro de massa planetária fora do Sistema Solar.
As descobertas completas, diz a equipe, constituem o melhor espectro até agora para um objeto de massa planetária. Esses resultados podem não apenas nos ajudar a entender melhor essas chamadas ‘estrelas fracassadas’, mas representam apenas uma amostra do que o JWST pode fazer.
O artigo foi submetido aos periódicos da AAS e está disponível no servidor de pré-impressão arXiv enquanto passa pelo processo de revisão por pares e publicação.
Já vimos o JWST tirar uma imagem direta de um exoplaneta, mas uma anã marrom é uma chaleira de peixe ligeiramente diferente.
Esses objetos são o que acontece quando uma estrela bebê não acumula massa suficiente para iniciar a fusão de hidrogênio em seu núcleo, e eles ocupam o regime de massa entre os planetas mais densos e as estrelas mais pequeninas.
No entanto, com cerca de 13,6 vezes a massa de Júpiter (desculpe, Júpiter, você tentou), as anãs marrons podem fundir deutério, ou hidrogênio pesado – hidrogênio com um próton e um nêutron no núcleo, em vez de apenas um único próton.
A pressão de fusão e a temperatura do deutério são menores que as do hidrogênio, o que significa que as anãs marrons são como estrelas ‘lite’.
Isso significa que, ao contrário dos exoplanetas, as anãs marrons emitem seu próprio calor e luz. É muito menor que o das estrelas, obviamente, mas podemos detectá-lo diretamente, especialmente nos comprimentos de onda infravermelhos nos quais o JWST é especializado.
As observações obtidas por uma equipe liderada pela astrônoma Brittany Miles da Universidade da Califórnia em Santa Cruz são de uma anã marrom a cerca de 72 anos-luz de distância chamada VHS 1256-1257 b, descrita pela primeira vez em 2015.
Tem cerca de 19 vezes a massa de Júpiter e é relativamente jovem, com uma atmosfera de tons avermelhados.
Esta tonalidade já foi atribuída a nuvens em jovens anãs marrons, então a equipe usou espectros infravermelhos para ver se eles poderiam determinar a composição da anã marrom.
Isso funciona porque diferentes elementos absorvem e reemitem luz em diferentes comprimentos de onda. Os cientistas podem olhar para o espectro para ver características mais escuras e brilhantes e determinar os elementos que as causam.
A composição atmosférica do VHS 1256-1257 b era semelhante, descobriu a equipe, a outras anãs marrons estudadas em comprimentos de onda infravermelhos, mas muito mais clara.
“Água, metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono, sódio e potássio são observados em várias porções do espectro JWST com base em comparações de espectros de anãs marrons, opacidades moleculares e modelos atmosféricos”, escrevem os pesquisadores em seu artigo.
O recurso de monóxido de carbono, dizem os pesquisadores, é o mais claro já visto. E eles também detectaram, como esperavam, nuvens – longas nuvens hipotéticas de partículas de silicato em uma camada espessa, com tamanho de grão submícron. Estes são provavelmente minerais como forsterita, enstatita ou quartzo, observa a equipe.
Isso parece finalmente confirmar que as jovens anãs marrons podem ser circundadas por nuvens irregulares de silicato que influenciam a variabilidade no brilho.
Isso nos dá uma ferramenta para interpretar observações de anãs marrons no futuro e algo para procurar em observações futuras, observam os pesquisadores.
“Esses resultados iniciais das observações científicas de lançamento antecipado do JWST são inovadores e também podem ser obtidos para várias outras anãs marrons próximas que serão observadas em futuros ciclos de observação”, escrevem eles em seu artigo.
A pesquisa foi submetida aos periódicos da AAS e está disponível no arXiv.
Quando for lançado no final da década de 2020, o Telescópio Espacial Roman Nancy Grace da NASA explorará uma ampla gama de tópicos de astrofísica infravermelha. Uma pesquisa ansiosamente antecipada usará um efeito gravitacional chamado microlente para revelar milhares de mundos semelhantes aos planetas do nosso sistema solar. Agora, um novo estudo mostra que a mesma pesquisa também revelará planetas mais extremos e corpos semelhantes a planetas no coração da Via Láctea, graças ao seu puxão gravitacional nas estrelas que orbitam.
“Este observatório será um pioneiro, impulsionando nossa compreensão da física atmosférica em companheiros planetários, anãs marrons e exoplanetas nos próximos anos.”
“Ficamos entusiasmados ao descobrir que Roman será capaz de oferecer ainda mais informações sobre os planetas em toda a nossa galáxia do que o planejado originalmente”, disse Shota Miyazaki, estudante de pós-graduação da Universidade de Osaka, no Japão, que liderou o estudo. “Será muito emocionante aprender mais sobre um novo lote de mundos não estudados.”
Roman usará principalmente o método de detecção de microlente gravitacional para descobrir exoplanetas – planetas além do nosso sistema solar. Quando um objeto massivo, como uma estrela, cruza na frente de uma estrela mais distante do nosso ponto de vista, a luz da estrela mais distante se curva ao viajar pelo espaço-tempo curvo ao redor da mais próxima.
O resultado é que a estrela mais próxima atua como uma lente natural, ampliando a luz da estrela de fundo. Os planetas que orbitam a estrela da lente podem produzir um efeito semelhante em menor escala, então os astrônomos pretendem detectá-los analisando a luz da estrela mais distante.
Como esse método é sensível a planetas tão pequenos quanto Marte com uma ampla gama de órbitas, os cientistas esperam que a pesquisa de microlentes de Roman revele análogos de quase todos os planetas do nosso sistema solar. Miyazaki e seus colegas mostraram que a pesquisa também tem o poder de revelar mundos mais exóticos – planetas gigantes em órbitas minúsculas, conhecidos como Júpiteres quentes, e as chamadas “estrelas falhadas”, conhecidas como anãs marrons, que não são massivas o suficiente para alimentam-se por fusão como as estrelas fazem.
Este novo estudo mostra que Roman será capaz de detectar esses objetos orbitando as estrelas mais distantes em eventos de microlentes, além de encontrar planetas orbitando as estrelas mais próximas (lentes).
As descobertas da equipe foram publicadas no The Astronomical Journal.
Os astrônomos veem um evento de microlente como um brilho temporário da estrela distante, que atinge o pico quando as estrelas estão quase perfeitamente alinhadas. Miyazaki e sua equipe descobriram que, em alguns casos, os cientistas também serão capazes de detectar uma pequena variação periódica na luz das estrelas causada pelo movimento dos planetas que orbitam a estrela mais distante durante um evento de microlente.
À medida que um planeta se move em torno de sua estrela hospedeira, ele exerce um pequeno puxão gravitacional que muda um pouco a posição da estrela. Isso pode puxar a estrela distante para cada vez mais longe de um alinhamento perfeito. Como a estrela mais próxima atua como uma lente natural, é como se a luz da estrela distante fosse puxada levemente para dentro e para fora de foco pelo planeta em órbita. Ao identificar pequenos tremores na luz das estrelas, os astrônomos poderão inferir a presença de planetas.
“É chamado de efeito xallarap, que é paralaxe soletrado para trás. A paralaxe depende do movimento do observador – a Terra se movendo ao redor do Sol – para produzir uma mudança no alinhamento entre a estrela fonte distante, a estrela da lente mais próxima e o observador. O Xallarap funciona de maneira oposta, modificando o alinhamento devido ao movimento da fonte”, disse David Bennett, que lidera o grupo de microlentes gravitacionais no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.
Embora a microlente seja geralmente mais adequada para encontrar mundos mais distantes de sua estrela do que Vênus está do Sol, o efeito xallarap funciona melhor com planetas muito massivos em órbitas pequenas, pois fazem com que sua estrela hospedeira se mova mais. Revelar planetas mais distantes também nos permitirá sondar uma população diferente de mundos.
Minando o núcleo da galáxia
A maioria das primeiras centenas de exoplanetas descobertos em nossa galáxia tinha massas centenas de vezes maiores que a da Terra. Ao contrário dos planetas gigantes em nosso sistema solar, que levam de 12 a 165 anos para orbitar o Sol, esses mundos recém-descobertos giram em torno de suas estrelas hospedeiras em apenas alguns dias.
Esses planetas, agora conhecidos como Júpiteres quentes devido ao seu tamanho gigante e ao calor intenso de suas estrelas hospedeiras, não eram esperados dos modelos de formação planetária existentes e forçaram os astrônomos a repensá-los. Agora, existem várias teorias que tentam explicar por que os Júpiteres quentes existem, mas ainda não temos certeza de qual – se houver – está correta. As observações de Roman devem revelar novas pistas.
Ainda mais massivas que os Júpiteres quentes, as anãs marrons variam de cerca de 4.000 a 25.000 vezes a massa da Terra. Eles são pesados demais para serem caracterizados como planetas, mas não suficientemente massivos para sofrer fusão nuclear em seus núcleos como estrelas.
Outras missões de caça ao planeta procuraram principalmente novos mundos relativamente próximos, até alguns milhares de anos-luz de distância. A proximidade possibilita estudos mais detalhados. No entanto, os astrônomos pensam que estudar corpos próximos ao núcleo da nossa galáxia pode fornecer novos insights sobre como os sistemas planetários evoluem. Miyazaki e sua equipe estimam que Roman encontrará cerca de 10 Júpiteres quentes e 30 anãs marrons mais próximas do centro da galáxia usando o efeito xallarap.
O centro da galáxia é povoado principalmente por estrelas que se formaram há cerca de 10 bilhões de anos. Estudar planetas em torno de estrelas tão velhas pode nos ajudar a entender se os Júpiteres quentes se formam tão perto de suas estrelas ou nascem mais longe e migram para dentro ao longo do tempo. Os astrônomos poderão ver se os Júpiteres quentes podem manter órbitas tão pequenas por longos períodos de tempo, vendo com que frequência eles são encontrados em torno de estrelas antigas.
Ao contrário das estrelas no disco da galáxia, que normalmente percorrem a Via Láctea a distâncias confortáveis umas das outras, as estrelas próximas ao núcleo estão muito mais próximas umas das outras. Roman poderia revelar se ter tantas estrelas tão próximas umas das outras afeta os planetas em órbita. Se uma estrela passa perto de um sistema planetário, sua gravidade pode puxar os planetas para fora de suas órbitas habituais.
As supernovas também são mais comuns perto do centro da galáxia. Esses eventos catastróficos são tão intensos que podem forjar novos elementos, que são lançados na área circundante à medida que as estrelas explosivas morrem. Os astrônomos acham que isso pode afetar a formação do planeta. Encontrar mundos nesta região pode nos ajudar a entender mais sobre os fatores que influenciam o processo de construção do planeta.
Roman abrirá uma janela para o passado distante olhando para estrelas e planetas mais antigos. A missão também nos ajudará a explorar se as anãs marrons se formam tão facilmente perto do centro da galáxia quanto mais perto da Terra, comparando a frequência com que são encontradas em cada região.
Ao registrar Júpiteres quentes muito antigos e anãs marrons usando o efeito xallarap e encontrar mundos mais familiares usando microlente, Roman nos aproximará mais um passo da compreensão de nosso lugar no cosmos.
“Encontramos muitos sistemas planetários que parecem estranhos em comparação com os nossos, mas ainda não está claro se eles são excêntricos ou nós somos”, disse Samson Johnson, estudante de pós-graduação da Universidade Estadual de Ohio em Columbus e co- autor do papel. “O telescópio Roman nos ajudará a descobrir isso, enquanto ajuda a responder a outras grandes questões da astrofísica.”
O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman é gerenciado no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, com a participação do Jet Propulsion Laboratory da NASA e Caltech/IPAC em Pasadena, Califórnia, o Space Telescope Science Institute em Baltimore e uma equipe científica composta por cientistas de várias pesquisas instituições. Os principais parceiros industriais são Ball Aerospace and Technologies Corporation em Boulder, Colorado, L3Harris Technologies em Melbourne, Flórida, e Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.
Publicado em 05/09/2022 21h21
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