Hubble detecta exoplaneta com uma atmosfera de água brilhante

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Essa concepção artística mostra o júpiter quente WASP-121b, que apresenta a melhor evidência da estratosfera em um exoplaneta. Crédito da imagem: Engine House VFX, At-Bristol Science Center, Universidade de Exeter.

Artigo traduzido de JPL-NASA.

Cientistas descobriram a evidência mais forte até agora para uma estratosfera em um planeta fora do nosso sistema solar, ou exoplaneta. A estratosfera é uma camada de atmosfera em que a temperatura aumenta com altitudes mais elevadas.

“Este resultado é emocionante porque mostra que uma característica comum da maioria das atmosferas em nosso sistema solar – uma estratosfera quente – também pode ser encontrada em atmosferas de exoplanetas”, disse Mark Marley, co-autor do estudo, baseado na Ames Research Center da NASA no Silicon Valley da Califórnia. “Agora podemos comparar processos em atmosferas de exoplanetas com os mesmos processos que ocorrem em diferentes conjuntos de condições em nosso próprio sistema solar”.

Relatado na revista Nature, cientistas usaram dados do Telescópio Espacial Hubble da NASA para estudar o WASP-121b, um tipo de exoplaneta chamado “júpiter quente”. Sua massa é 1,2 vezes maior que a de Júpiter, e seu raio é cerca de 1,9 vezes o de Júpiter. Mas enquanto Júpiter gira em torno de nosso Sol uma vez a cada 12 anos, o WASP-121b tem um período orbital de apenas 1,3 dias. Este exoplaneta está tão perto da sua estrela que, se chegasse mais perto, a gravidade da estrela começaria a despedaçá-lo. Isso também significa que o topo da atmosfera do planeta é aquecido a uma temperatura ardente de 2.500 graus Celsius, suficientemente quente para ferver alguns metais. O sistema WASP-121 está a cerca de 900 anos-luz de distância da Terra – bem longe, mas perto para padrões galáticos.

Pesquisas anteriores encontraram possíveis sinais de uma estratosfera no exoplaneta WASP-33b, bem como alguns outros júpiteres quentes. O novo estudo apresenta a melhor evidência por causa da assinatura de moléculas de água quente que os pesquisadores observaram pela primeira vez.

“Os modelos teóricos sugeriram que as estratosferas podem definir uma classe distinta de planetas ultra-quentes, com implicações importantes para sua física atmosférica e química”, disse Tom Evans, principal autor e pesquisador da Universidade de Exeter, Reino Unido. “Nossas observações apoiam este cenário”.

Para estudar a estratosfera de WASP-121b, os cientistas analisaram a forma como diferentes moléculas na atmosfera reagem a determinados comprimentos de onda da luz, usando as ferramentas de espectroscopia do Hubble. O vapor de água na atmosfera do planeta, por exemplo, comporta-se de maneira previsível em resposta a certos comprimentos de onda da luz, dependendo da temperatura da água.

A luz da estrela é capaz de penetrar profundamente na atmosfera de um planeta, onde aumenta a temperatura do gás lá. Este gás irradia então seu calor no espaço como luz infravermelha. No entanto, se houver vapor de água mais frio no topo da atmosfera, as moléculas de água evitam que certos comprimentos de onda dessa luz escapem ao espaço. Mas se as moléculas de água no topo da atmosfera tiverem uma temperatura mais alta, elas irão brilhar nos mesmos comprimentos de onda.

“A emissão de luz da água significa que a temperatura está aumentando com a altura”, disse Tiffany Kataria, coautora de estudo, baseada no Jet Propulsion Laboratory da NASA, em Pasadena, Califórnia. “Estamos ansiosos para explorar em que longitudes esse comportamento persiste com as próximas observações do Hubble”.

O topo da atmosfera do planeta é aquecido a 2.500 graus Celsius, suficientemente quente para ferver alguns metais. Crédito de imagem: NASA, ESA e G. Bacon (STSci).

O fenômeno é semelhante ao que acontece com fogos de artifício, que obtêm suas cores a partir de produtos químicos que emitem luz. Quando as substâncias metálicas são aquecidas e vaporizadas, seus elétrons se movem para estados de energia mais elevados. Dependendo do material, esses elétrons emitem luz em comprimentos de onda específicos à medida que perdem energia: o sódio produz amarelo e laranja e o estrôncio produz vermelho neste processo, por exemplo. As moléculas de água na atmosfera de WASP-121b também liberam radiação à medida que perdem energia, mas sob a forma de luz infravermelha, que o olho humano não consegue detectar.

Na estratosfera da Terra, o gás ozônio retira a radiação ultravioleta do Sol, o que aumenta a temperatura desta camada de atmosfera. Outros corpos do sistema solar possuem também estratosferas; o metano é responsável pelo aquecimento nas estratosferas de Júpiter e da lua Titã de Saturno, por exemplo.

Nos planetas do sistema solar, a mudança de temperatura dentro de uma estratosfera geralmente é de cerca de cerca de 56 graus Celsius. Em WASP-121b, a temperatura na estratosfera aumenta em 560 graus Celsius. Os cientistas ainda não sabem quais produtos químicos estão causando o aumento da temperatura na atmosfera de WASP-121b. O óxido de vanádio e o óxido de titânio são candidatos, como são comumente vistos em anãs marrons, “estrelas fracassadas” que têm algumas semelhanças com exoplanetas. Espera-se que tais compostos estejam presentes apenas nos mais quentes dos júpiteres quentes, uma vez que são necessárias altas temperaturas para mantê-los em estado gasoso.

“Este exoplaneta super quente será um ponto de referência para nossos modelos atmosféricos, e será um grande objetivo de observação quando entrarmos na era do Webb”, disse Hannah Wakeford, co-autora de estudo que trabalhou nesta pesquisa, no Goddard Space da NASA Flight Center, Greenbelt, Maryland.

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Cauê

E nada de vida extraterrestre…