Os astrónomos descobriram algo estranho num gigante gasoso distante: nuvens de água gelada. A descoberta foi feita por uma equipe liderada por Elizabeth Matthews, do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA), e desafia muitos modelos existentes sobre como as atmosferas dos exoplanetas se comportam. O planeta, conhecido como Epsilon Indi Ab, é semelhante a Júpiter, mas a sua atmosfera parece ser mais complexa do que o esperado. O método observacional utilizado neste estudo também marca um passo importante em direção ao objetivo de longo prazo de encontrar e estudar planetas semelhantes à Terra.
A busca por planetas fora do nosso sistema solar evoluiu ao longo de décadas. Em última análise, os cientistas esperam detectar sinais de vida em mundos distantes, talvez nas próximas décadas. Os primeiros esforços, de 1995 a cerca de 2022, concentraram-se principalmente na descoberta de novos exoplanetas. Os pesquisadores confiaram em métodos indiretos que poderiam revelar a massa e o tamanho de um planeta, ou às vezes ambos.
O lançamento do Telescópio Espacial James Webb (JWST) em 2022 marcou o início de uma nova fase. Pela primeira vez, os astrónomos foram capazes de estudar detalhadamente as atmosferas de muitos exoplanetas, obtendo informações sobre a sua composição e estrutura. Mesmo assim, esta fase ainda está a um passo de uma busca direta por vida, o que provavelmente exigirá telescópios mais avançados no futuro.
Estudos recentes estão a avançar ainda mais nestas técnicas, embora ainda não sejam dirigidas à Terra como são aos planetas. Elizabeth Mathews (Instituto Max Planck de Astronomia), autora principal do estudo, explica: “O JWST está finalmente a permitir-nos estudar em detalhe os planetas homólogos do sistema solar. Se fôssemos alienígenas a alguns anos-luz de distância a olhar para o Sol, o JWST é o primeiro telescópio que nos permitiria estudar Júpiter em detalhe. No entanto, para estudar a Terra em detalhe, precisaríamos de telescópios muito mais perfeitos”.
Por que Júpiter, assim como os exoplanetas, é difícil de estudar
Apesar das capacidades do JWST, o estudo de planetas semelhantes a Júpiter tem sido um desafio. A maioria dos gigantes gasosos observados até agora são muito mais quentes que Júpiter. Isto porque o método mais comum de estudar atmosferas de exoplanetas exige que o planeta passe em frente da sua estrela da perspectiva da Terra. Os planetas mais próximos das suas estrelas têm maior probabilidade de se alinharem desta forma, mas também são muito mais quentes.
Para contornar essa limitação, Matthews e sua equipe adotaram uma abordagem diferente. O seu trabalho fornece uma das visões mais próximas de uma verdadeira contraparte de Júpiter e revelou uma característica inesperada.
Usando o instrumento de infravermelho médio MIRI do JWST, a equipe detectou diretamente o Epsilon Indi Ab. Este planeta orbita a estrela Epsilon Índia A na constelação do Indo (no céu meridional). De acordo com Bhavesh Rajput, um estudante graduado do MPIA que participou no estudo, “este planeta é muito mais massivo que Júpiter – o novo estudo fixa-o em 7,6 massas de Júpiter – mas tem aproximadamente o mesmo diâmetro que o seu primo do Sistema Solar”.
Um gigante frio com calor persistente
Epsilon Indi Ab está cerca de quatro vezes mais longe de sua estrela do que Júpiter está do Sol. Sua estrela é ligeiramente menor e mais fria que o Sol, o que mantém a temperatura do planeta relativamente baixa. A temperatura de sua superfície é estimada entre 200 e 300 Kelvin (-70 a +20 graus Celsius).
Mesmo assim, o planeta é mais quente que Júpiter, que tem uma temperatura de cerca de 140 K. Os cientistas acreditam que esse calor extra vem do calor que sobrou da formação do planeta. Ao longo de bilhões de anos, espera-se que Epsilon Indi Ab esfrie e eventualmente se torne ainda mais frio que Júpiter.
Para observar o planeta, os astrónomos usaram o coronógrafo do instrumento MIRI para bloquear a luz brilhante da estrela hospedeira. Isto permitiu-lhes detectar o brilho fraco do próprio planeta. Eles tiraram as imagens usando um filtro de 11,3 µm, que fica fora do comprimento de onda associado às moléculas de amônia NH3. Ao comparar estas observações com imagens anteriores tiradas a 10,6 μm em 2024, a equipa conseguiu estimar a quantidade de amónia presente. (Aliás, tanto as rodas de filtro mecânico que abrigam o coronógrafo quanto o filtro na frente da câmera MIRI foram construídos no MPIA, uma das contribuições alemãs para o JWST.)
Evidências apontam para nuvens de água gelada
Na atmosfera de Júpiter, a amônia e as nuvens de amônia dominam as camadas superiores visíveis. Com base em suas propriedades, também se esperava que o Epsilon Indi Ab contivesse grandes quantidades de amônia, mas nenhuma nuvem de amônia. Em vez disso, as observações encontraram menos amônia do que o previsto.
A explicação mais provável é a presença de nuvens de gelo de água espessas, mas irregulares, semelhantes às nuvens cirros no alto da atmosfera da Terra – uma complicação inesperada.
Os astrônomos geralmente interpretam esses dados comparando observações com modelos computacionais de atmosferas planetárias. No entanto, muitos modelos existentes não incluem nuvens porque são difíceis de modelar. Esta descoberta destaca a necessidade de melhorar esses modelos. James Mang (Universidade do Texas em Austin), co-autor do estudo, observa: “Este é um grande desafio e é uma prova do tremendo progresso que estamos fazendo com o JWST. O que antes parecia indetectável está agora ao nosso alcance, permitindo-nos sondar a estrutura destas atmosferas, incluindo a presença de nuvens. Isto abre novas camadas de complexidade que os nossos modelos estão agora a começar a capturar, e abre a porta para uma descrição ainda mais detalhada das características destes mundos frios e distantes.”
Um olhar para o futuro com futuros telescópios
Observações futuras poderão fornecer visões ainda mais claras destas nuvens. O Telescópio Espacial Nancy Grace da NASA em Roma, do qual a MPIA é parceira, deverá ser lançado em 2026-2027 e deverá ser adequado para a detecção direta de nuvens reflexivas de gelo de água.
Enquanto isso, Matthews e seus colegas estão buscando tempo adicional de observação do JWST para estudar planetas mais frios, semelhantes a Júpiter. À medida que os investigadores continuam a aperfeiçoar as suas técnicas, estão a construir uma base para estudar mundos semelhantes à Terra no futuro e, eventualmente, para sinais de vida para além do nosso sistema solar.
Informações básicas
Os resultados descritos aqui foram publicados como EC Matthews et al., “Uma segunda visita ao Eps Ind Ab do JWST: nova fotometria confirma amônia e sugere nuvens espessas na atmosfera de um exoplaneta super-Júpiter próximo” Cartas de diários astrofísicos.
Pesquisadores do MPIA: Elizabeth Matthews e Bhavesh Rajput, em colaboração com James Mang e Caroline Morley (Universidade do Texas em Austin), Erin Carter e Matilda Mullin (Space Telescope Science Institute) e outros.
