Acabamos de obter a visão mais detalhada da atmosfera de um exoplaneta – e ela está ativa

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Impressão artística do exoplaneta WASP-39b. (Créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted/STScI)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

WASP-39b, um gigante gasoso a cerca de 700 anos-luz de distância, está se tornando um verdadeiro tesouro exoplanetário.

No início deste ano, o WASP-39b foi objeto da primeira detecção de dióxido de carbono na atmosfera de um planeta fora do Sistema Solar.

Agora, uma análise aprofundada dos dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST) nos deu uma mina de ouro absoluta de informações: a visão mais detalhada da atmosfera de um exoplaneta até agora.

Os resultados incluem informações sobre as nuvens do WASP-39b, a primeira detecção direta de fotoquímica na atmosfera de um exoplaneta e um inventário quase completo do conteúdo químico da atmosfera que revela pistas tentadoras da história de formação do exoplaneta.

Essas descobertas épicas foram publicadas em cinco papers na Nature e abrem caminho para a eventual detecção de assinaturas químicas de vida fora do Sistema Solar.

“Essas primeiras observações são um prenúncio de mais ciência surpreendente que virá com o JWST”, disse a astrofísica Laura Kreidberg, diretora do Instituto Max Planck de Astronomia na Alemanha.

“Colocamos o telescópio à prova para testar o desempenho, e foi quase perfeito – ainda melhor do que esperávamos.”

Desde que os primeiros exoplanetas foram descobertos no início dos anos 1990, procuramos saber mais sobre esses mundos que orbitam estrelas alienígenas.

Mas os desafios têm sido espinhosos. Os exoplanetas podem ser extremamente pequenos e extremamente distantes. Nunca vimos a maioria deles: só sabemos de sua existência com base no efeito que têm em suas estrelas hospedeiras.

Um desses efeitos ocorre quando o exoplaneta passa entre nós e a estrela, um evento conhecido como trânsito. Isso faz com que a luz das estrelas diminua ligeiramente; eventos periódicos de escurecimento sugerem a presença de um corpo em órbita. Podemos até dizer o tamanho desse corpo em órbita, com base no escurecimento e nos efeitos gravitacionais da estrela.

E há algo mais que podemos dizer, com base nos dados de trânsito. À medida que a luz das estrelas passa pela atmosfera do exoplaneta em trânsito, ela muda. Alguns comprimentos de onda no espectro são escurecidos ou iluminados, dependendo de como as moléculas na atmosfera absorvem e reemitem a luz.

O sinal é fraco, mas com um telescópio poderoso o suficiente e uma coleção de trânsitos, as características de absorção e emissão no espectro podem ser decodificadas para determinar o conteúdo da atmosfera de um exoplaneta.

O JWST é o telescópio espacial mais poderoso já lançado. Com três de seus quatro instrumentos, obteve espectros infravermelhos detalhados da estrela WASP-39. Os cientistas então começaram a trabalhar analisando os códigos coloridos.

O primeiro foi um censo das moléculas presentes na atmosfera do WASP-39b. Além do já mencionado dióxido de carbono, os pesquisadores detectaram vapor de água, sódio e monóxido de carbono. Não houve detecção de metano, o que implica que a metalicidade do WASP-39b é maior que a da Terra.

A abundância desses elementos também é reveladora. Em particular, a proporção de carbono para oxigênio sugere que o exoplaneta se formou muito mais longe de sua estrela hospedeira do que sua atual posição próxima, ocupando uma órbita de quatro dias. E os dados de modelagem e observação sugerem que o céu do exoplaneta é preenchido por nuvens fragmentadas – não de água, mas de silicatos e sulfitos.

Finalmente, as observações revelaram a presença de um composto chamado dióxido de enxofre. Aqui no Sistema Solar, em mundos rochosos como Vênus e a lua de Júpiter Io, o dióxido de enxofre é o resultado da atividade vulcânica. Mas nos mundos gasosos, o dióxido de enxofre tem uma história de origem diferente: é produzido quando o sulfeto de hidrogênio é decomposto pela luz em suas partes constituintes e o enxofre resultante é oxidado.

As reações químicas induzidas por fótons são conhecidas como fotoquímica e têm implicações para a habitabilidade, a estabilidade de uma atmosfera e a formação de aerossóis.

WASP-39b, para ser claro, provavelmente não é habitável para a vida como a conhecemos por uma série de razões, incluindo, mas não se limitando a, sua temperatura escaldante e composição gasosa, mas a detecção de fotoquímica é uma que tem implicações para estudos atmosféricos de outros mundos e compreensão da evolução do próprio WASP-39b.

Os cientistas planetários estão se preparando há anos para obter informações sobre as atmosferas que o JWST iria fornecer. Com a primeira análise detalhada da atmosfera do exoplaneta, parece que o telescópio espacial cumprirá sua promessa.

Além disso, as equipes envolvidas nesta pesquisa estão preparando documentação para que outros cientistas possam aplicar suas técnicas em futuras observações de exoplanetas JWST.

Podemos não detectar as assinaturas da vida em uma atmosfera de exoplaneta com o JWST – talvez um telescópio ainda mais poderoso seja necessário para fornecer esse nível de detalhes finos – mas com a análise do WASP-39b, essa descoberta parece cada vez mais tentadora ao nosso alcance.

“Dados como esses”, disse a astrônoma Natalie Batalha, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz (EUA), “são uma virada de jogo”.

A pesquisa será publicada na Nature e pode ser lida em pré-publicações aqui, aqui, aqui, aqui e aqui.