Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA observaram de perto a atmosfera de um raro planeta gigante com temperaturas surpreendentemente semelhantes às da Terra. Um mundo do tamanho de Saturno conhecido como TOI-199b contém metano em sua atmosfera, de acordo com um novo estudo.
A descoberta se destaca porque planetas gigantes costumam ser encontrados em temperaturas extremas. No nosso sistema solar, Júpiter e Saturno são extremamente frios porque orbitam longe do Sol. Muitos dos exoplanetas gigantes descobertos fora do nosso sistema solar são “Júpiteres quentes”, mundos que orbitam muito perto das suas estrelas e atingem temperaturas surpreendentes de milhares de graus.
TOI-199b está em algum lugar no meio. É um entre um pequeno número de planetas gigantes temperados conhecidos, e os pesquisadores dizem que é a primeira vez que a atmosfera de um deles é estudada com tanto detalhe.
Os resultados poderão ajudar os cientistas a melhorar os modelos de como os planetas e as atmosferas se formam e evoluem. Os pesquisadores também dizem que o trabalho poderá eventualmente fornecer novos insights sobre a própria atmosfera da Terra.
O estudo, liderado por cientistas da Penn State e do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA no Instituto de Tecnologia da Califórnia, foi publicado em 20 de maio em Jornal astronômico.
“Uma das principais vantagens de estudar planetas fora do nosso sistema solar, conhecidos como exoplanetas, é a oportunidade de estudar muitos tipos diferentes de planetas – especialmente aqueles que não vemos no sistema solar – para aprender como os sistemas planetários se formam e evoluem,” disse Renyu Hu, professor assistente de astronomia e astrofísica no Eberly College of Science da Pensilvânia e líder da equipa de investigação. “Desde a descoberta do primeiro exoplaneta em 1992 por um grupo que incluía Alexander Volshchan da Pensilvânia, os astrónomos encontraram milhares de exoplanetas. Mas apenas alguns exoplanetas gigantes com climas temperados são conhecidos, e esta é a primeira vez que conseguimos estudar a atmosfera de um deles em detalhe.”
Um planeta gigante com temperaturas surpreendentemente baixas
TOI-199b orbita uma estrela a mais de 330 anos-luz da Terra e completa uma órbita aproximadamente a cada 100 dias.
A temperatura do planeta é estimada em cerca de 175 graus Fahrenheit. Ainda extremamente quente para os padrões convencionais, é muito mais frio do que a maioria dos exoplanetas gigantes estudados até agora. Em comparação, a temperatura dentro dos carros estacionados sob a luz solar direta pode facilmente subir para níveis semelhantes na Terra.
Isto torna o TOI-199b muito mais frio do que os Júpiteres quentes e dramaticamente mais quente do que os gigantes gasosos congelados do nosso sistema solar, onde as temperaturas podem cair centenas de graus abaixo de zero.
Como o JWST estudou a atmosfera do planeta
Para sondar a atmosfera do TOI-199b, os pesquisadores usaram uma técnica chamada espectroscopia de transmissão. Esta técnica permite aos astrónomos estudar a luz estelar que passa pela atmosfera de um planeta à medida que o planeta se move através da superfície da sua estrela do ponto de vista do telescópio.
O JWST divide a luz das estrelas em diferentes comprimentos de onda, semelhante à forma como um prisma divide a luz branca em um arco-íris.
“Quando um planeta passa em frente da sua estrela, parte da luz da estrela passa através da atmosfera do planeta, onde interage com elementos e moléculas na atmosfera,” disse Aaron Bello-Aruffe, pós-doutorando do JPL e primeiro autor do artigo. “Elementos específicos irão absorver comprimentos de onda específicos de luz, criando uma impressão digital no espectro de luz detectado pelo JWST que reflete a composição da atmosfera.”
Primeiro, os investigadores recolheram cerca de 20 horas contínuas de observações para estabelecer medições de base da luz da estrela. O trânsito do planeta durou cerca de sete horas, muito mais do que os trânsitos normalmente observados em Júpiteres quentes, que podem durar uma hora ou menos.
Os cientistas então compararam o espectro de luz registrado durante o trânsito com as medições iniciais. As diferenças mostraram quais comprimentos de onda foram absorvidos pela atmosfera do planeta, permitindo à equipe identificar os gases presentes.
Metano foi detectado na atmosfera de TOI-199b
“Quando comparamos os espectros durante o trânsito com a linha de base, vimos que a atmosfera bloqueou os comprimentos de onda da luz estelar absorvida pelo metano”, disse Bello-Aruffe. “Modelos composicionais de exoplanetas gigantes gasosos moderados previram que conteriam metano, por isso é bom ter a confirmação de que as nossas teorias estão corretas.”
Além do metano, as observações também sugeriram a presença de amônia e dióxido de carbono.
“Com observações adicionais deste planeta, poderíamos estabelecer a abundância relativa destes diferentes gases na sua atmosfera”, disse Hu. “Esta imagem mais completa da atmosfera do gigante gasoso temperado pode ser usada para melhorar os nossos modelos e possivelmente fornecer uma melhor compreensão de como os planetas e as suas atmosferas se formam e evoluem, inclusive para a Terra. O sucesso deste primeiro estudo da atmosfera de um gigante temperado também nos dá a confiança de que podemos dedicar mais recursos e tempo de observação ao estudo de outros planetas semelhantes. Então poderemos ver se este planeta é único, ou se existem características comuns para este tipo de planeta.”
A equipe de pesquisa também incluiu cientistas da Universidade Estadual do Arizona, da Universidade Johns Hopkins, do Carnegie Institution for Science, do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz.
A NASA financiou a pesquisa através de uma bolsa do Space Telescope Science Institute.
