Usando o MIRI (Instrumento Infravermelho) a bordo do Telescópio Espacial James Webb (JWST), uma equipe internacional liderada pelo ex-MPIA (Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha), o estudante de doutorado Sebastian Seeb (Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian Institution, Cambridge, EUA) e Laura Kreidberg, Diretora do MPIA e PI (Investigadora Principal), estudaram a composição da superfície do exoplaneta rochoso LHS 3844 b. Indo além do estudo das atmosferas, este trabalho centra-se na geologia dos planetas que orbitam outras estrelas, oferecendo uma compreensão mais profunda da sua natureza. As descobertas foram publicadas em uma revista Astronomia da natureza.
LHS 3844 b é um mundo rochoso cerca de 30% maior que a Terra que orbita uma estrela anã vermelha fria em menos de 11 horas. Ele orbita muito perto de sua estrela, apenas cerca de três diâmetros estelares acima da superfície. O planeta está em maré, o que significa que um lado está constantemente voltado para a estrela enquanto o outro permanece no escuro. A temperatura média diurna atinge cerca de 1.000 Kelvin (cerca de 725 graus Celsius ou 1.340 graus Fahrenheit). O sistema está relativamente próximo da Terra, a uma distância de 48,5 anos-luz (14,9 parsecs).
“Graças à incrível sensibilidade do JWST, podemos detectar luz vinda diretamente da superfície deste planeta rochoso distante. Vemos rochas escuras, quentes e estéreis, desprovidas de qualquer atmosfera”, disse Laura Kreidberg, MPIA.
A sua aparência escura sugere que pode assemelhar-se a uma versão ampliada da Lua ou de Mercúrio. Esta conclusão decorre da análise da radiação infravermelha emitida pelo lado diurno quente do planeta. Os cientistas não conseguem obter imagens diretas do planeta. Em vez disso, medem pequenas mudanças no brilho da luz combinada da estrela e do planeta que a orbita à medida que se move.
O MIRI estudou a radiação infravermelha entre 5 e 12 micrômetros dividindo a luz em intervalos menores de comprimento de onda e medindo a intensidade em cada um. Este processo cria um espectro semelhante ao arco-íris que mostra como a luz é distribuída em diferentes comprimentos de onda. Observações anteriores do Telescópio Espacial Spitzer forneceram dados adicionais que fortaleceram a análise.
Exclusão da crosta terrestre
O estudo da geologia dos exoplanetas baseia-se no conhecimento adquirido com o estudo da Terra e de outros corpos rochosos do Sistema Solar. A equipa comparou as suas observações com modelos informáticos e bibliotecas de rochas e minerais conhecidos da Terra, da Lua e de Marte. Estas comparações revelaram que LHS 3844 b não possui uma crosta semelhante à da Terra, que é tipicamente rica em minerais de silicato, como o granito.
Esta descoberta não é inesperada, uma vez que a Terra é única no sistema solar com tal crosta. No entanto, fornece pistas sobre o passado do planeta. Na Terra, as crostas ricas em silicatos são formadas por processos de longo prazo associados à atividade tectônica e muitas vezes requerem água. A rocha é repetidamente derretida e retrabalhada, permitindo que materiais mais leves subam e formem a crosta.
“Como LHS 3844 b não tem essa crosta de silicato, pode-se concluir que as placas tectônicas semelhantes às da Terra não se aplicam a este planeta, ou são ineficazes”, diz Sebastian Ziba. “Este planeta provavelmente contém pouca água.”
Superfície basáltica
Em vez de um material semelhante ao granito, os dados apontam para uma superfície feita de basalto ou rocha semelhante ao manto, semelhante ao material vulcânico encontrado na Terra ou na Lua. Os pesquisadores realizaram comparações estatísticas detalhadas entre o espectro observado e várias misturas minerais possíveis.
Eles descobriram que grandes áreas de basalto sólido ou rocha ígnea se ajustam melhor aos dados. Essas rochas são ricas em magnésio e ferro e podem conter minerais como a olivina. Fragmentos de rocha quebrada, como cascalho, também se ajustam razoavelmente bem, enquanto pó fino ou poeira por si só não corresponde às observações devido à sua aparência mais brilhante.
Sem uma atmosfera para protegê-lo, o planeta está constantemente exposto à intensa radiação de sua estrela e a impactos de meteoritos. Esses processos destroem gradativamente a rocha e alteram sua superfície.
“Acontece que estes processos não dissolvem apenas lentamente a rocha dura em regolito, a camada de grãos finos ou pó encontrada na Lua”, explica Ziba. “Eles também escurecem a camada ao adicionar ferro e carbono, tornando as propriedades do regolito mais consistentes com as observações.”
Lava fresca ou poeira antiga
Os dados apoiam duas explicações possíveis para a superfície do planeta. Um cenário envolve uma paisagem dominada por rochas basálticas duras que são relativamente frescas. Neste caso, a actividade geológica recente, como o vulcanismo generalizado, teria regenerado o planeta.
O segundo cenário também envolve uma superfície escura, mas formada como resultado de uma longa permanência no espaço. Com o tempo, o desgaste teria formado extensas camadas de regolito escurecido, semelhantes à superfície empoeirada vista na Lua ou em Mercúrio. Esta interpretação implica que o planeta esteve geologicamente inativo durante um longo período.
Procure sinais de atividade
A principal diferença entre estas duas possibilidades é se o planeta ainda está geologicamente ativo. Na Terra e em outros mundos ativos, os processos vulcânicos liberam gases no meio ambiente. Um desses gases é o dióxido de enxofre (SO2), comumente associado ao vulcanismo.
Se o LHS 3844 b estivesse atualmente ativo, o MIRI provavelmente detectaria este gás. No entanto, nenhum tal sinal foi encontrado. Esta ausência sugere que a atividade vulcânica recente é improvável, tornando mais provável um cenário de superfície inativa e desgastada. Se estiver correto, o planeta pode se parecer muito com Mercúrio.
Para responder a esta questão, a equipa está a realizar mais observações com o JWST. Estas novas medições pretendem revelar diferenças subtis na forma como a rocha sólida e o material solto emitem e reflectem luz. A forma como a luz é emitida em diferentes ângulos depende da textura da superfície, o que pode determinar se a superfície é uma pedra lisa ou um material áspero e pulverulento. Este método já foi utilizado com sucesso para estudar asteróides no Sistema Solar.
“Estamos confiantes de que a mesma técnica nos permitirá elucidar a natureza da crosta de LHS 3844 b e, no futuro, de outros exoplanetas rochosos”, conclui Kreidberg.
Informações adicionais
Laura Kreidberg é a única astrônoma do MPIA envolvida neste estudo.
Outros investigadores foram: Sebastian Zieba (Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian Institution, Cambridge, EUA), Brandon P. Coy (Departamento de Ciências Geofísicas, Universidade de Chicago, EUA), Aaron Bella-Aruffe (JPL, Instituto de Tecnologia da Califórnia, Pasadena, EUA (JPL)), Kimberly Paragas (Departamento de Geologia e Ciências Planetárias, Instituto de Tecnologia da Califórnia, Pasadena, EUA), Xingtung Liu (Universidade de Pequim, Pequim, China), Renyu Hu (Universidade Estadual da Pensilvânia, University Park, EUA e JPL), Aishwarya Iyer (Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, EUA), Kay Wohlfarth (Universidade Técnica de Dortmund, Alemanha)
As observações JWST utilizadas neste estudo foram realizadas como parte do Programa GO #1846 (PI: Laura Kreidberg, co-PI: Renyu Hu) intitulado “Busca por assinaturas de vulcanismo e geodinâmica no exoplaneta rochoso quente LHS 3844 b”.
O consórcio MIRI inclui países membros da ESA (Agência Espacial Europeia): Bélgica, Dinamarca, França, Alemanha, Irlanda, Holanda, Espanha, Suécia, Suíça e Grã-Bretanha. Organizações científicas nacionais financiam o trabalho do consórcio – na Alemanha, a Sociedade Max Planck (MPG) e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR). As instituições alemãs envolvidas incluem o Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, a Universidade de Colônia e a Hensoldt AG em Oberkochen, antiga Carl Zeiss Optronics.
O Telescópio Espacial James Webb é o observatório líder mundial para exploração espacial. É um programa internacional liderado pela NASA e pelos seus parceiros ESA e CSA (Agência Espacial Canadense).
O Telescópio Espacial Spitzer foi operado pelo Laboratório de Propulsão a Jato do Instituto de Tecnologia da Califórnia sob contrato com a NASA.
