Pesquisadores que usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA encontraram a indicação mais clara de que um planeta rochoso fora do nosso sistema solar tem uma atmosfera.
Suas observações da super-Terra superquente TOI-561 b mostram que este exoplaneta está provavelmente envolto em uma espessa camada de gases que fica acima de um oceano global de rocha derretida.
A equipe anunciou os resultados no dia 11 de dezembro Cartas de diários astrofísicos. Eles explicam que os novos dados ajudam a explicar a densidade surpreendentemente baixa do planeta e desafiam a ideia de longa data de que planetas relativamente pequenos que orbitam muito perto das suas estrelas não conseguem manter as suas atmosferas.
Órbita Extrema e Super Terra Super Curta
TOI-561 b tem um raio cerca de 1,4 vezes o da Terra e completa uma órbita em menos de 11 horas, colocando-o num grupo raro conhecido como exoplanetas de período ultracurto.
A sua estrela hospedeira é apenas ligeiramente mais pequena e mais fria que o Sol, mas TOI-561 b orbita-a a uma distância extremamente próxima – menos de um milhão de milhas, ou um quadragésimo da distância entre Mercúrio e o Sol – o que quase certamente fecha um lado permanentemente virado para a estrela. Neste dia interminável, espera-se que a temperatura suba bem acima do ponto de fusão da rocha comum.
A co-autora, Anjali Piet, da Universidade de Birmingham, disse:”Para explicar todas as observações, realmente precisamos de uma atmosfera espessa e volátil. Ventos fortes resfriam o lado diurno, transferindo calor para o lado noturno.
“Gases como o vapor de água absorverão alguns comprimentos de onda da luz infravermelha próxima emitida pela superfície antes de passar pela atmosfera. O planeta parecerá mais frio porque o telescópio detecta menos luz, mas também é possível que existam nuvens brilhantes de silicato que arrefecem a atmosfera reflectindo a luz das estrelas.”
Investigando a densidade incomumente baixa do planeta
Uma possível explicação para a baixa densidade do planeta, que os investigadores procuraram, é que TOI-561 b pode conter um núcleo de ferro relativamente pequeno juntamente com um manto feito de rocha menos densa que o interior da Terra.
A autora principal, Johanna Teske, pesquisadora do Laboratório de Ciências da Terra e Planetárias da Carnegie, disse:”O que realmente diferencia este planeta é sua densidade anormalmente baixa. É menos denso do que esperaríamos se tivesse uma composição semelhante à da Terra.
“TOI-561 b difere dos planetas ultraperiódicos porque orbita uma estrela muito antiga e pobre em ferro – com o dobro da idade do nosso Sol – numa região da Via Láctea conhecida como disco espesso. Provavelmente formou-se num ambiente químico completamente diferente dos planetas do nosso sistema solar.”
Por causa disso, a composição do planeta pode se assemelhar a mundos que se formaram quando o próprio universo ainda era relativamente jovem.
Uma espessa atmosfera sobre um oceano global de magma
A equipa também sugeriu que TOI-561 b poderia estar envolvido por uma atmosfera substancial, fazendo com que o planeta parecesse maior do que o seu único corpo sólido. Embora a teoria sugira que pequenos planetas deixados durante milhares de milhões de anos sob intensa radiação estelar devam perder todos os gases que outrora tiveram, alguns desses mundos ainda mostram sinais de serem mais do que apenas rocha nua ou lava exposta.
Usando o NIRSpec (espectrógrafo de infravermelho próximo) de Webb para medir a temperatura diurna do planeta com base em seu brilho no infravermelho próximo, os pesquisadores testaram a ideia de que TOI-561 b tem uma atmosfera. O método envolve rastrear a queda no brilho do sistema combinado estrela-planeta à medida que o planeta se move atrás da estrela. Isto é semelhante às técnicas utilizadas para procurar atmosferas no sistema TRAPPIST-1 e outros pequenos exoplanetas rochosos.
Se TOI-561 b fosse apenas uma superfície rochosa nua, sem atmosfera para transferir calor para o lado noturno, seu hemisfério iluminado deveria atingir cerca de 4.900 graus Fahrenheit (2.700 graus Celsius). Em vez disso, os dados do NIRSpec mostram temperaturas diurnas próximas de 3.200 graus Fahrenheit (1.800 graus Celsius) – ainda muito quentes, mas muito mais frias do que o esperado.
Testando cenários de transferência de calor e atmosfera
Para dar conta desta temperatura abaixo do esperado, os pesquisadores avaliaram vários cenários. Um oceano magmático global pode transferir algum calor do lado diurno para o lado noturno, mas sem atmosfera, o lado permanentemente escuro irá endurecer, limitando a quantidade de energia que pode ser redistribuída. Uma fina camada de vapor de rocha pode existir acima da superfície fundida, mas isto por si só não fornece resfriamento suficiente para explicar as observações.
Embora as medições de Webb apoiem fortemente a presença de uma atmosfera, permanece um importante enigma: como é que um planeta relativamente pequeno, bombardeado com uma radiação tão intensa, poderia conter qualquer atmosfera, especialmente uma que parece ser tão substancial?
O coautor Tim Lichtenberg, da Universidade de Groningen, na Holanda, disse: “Pensamos que existe um equilíbrio entre o oceano de magma e a atmosfera. Enquanto os gases escapam do planeta para alimentar a atmosfera, o oceano de magma os suga de volta. Este planeta deve ser muito mais volátil do que a Terra para explicar as observações. Parece realmente uma bola molhada de lava.”
A visão de longo prazo de Webb sobre o TOI-561 b e sua missão mais ampla
Estas descobertas seguem os primeiros resultados do Programa de Observadores Compartilhados Webb 3860, que observou o sistema continuamente por mais de 37 horas enquanto TOI-561 b completava quase quatro órbitas completas em torno de sua estrela. A equipa está agora a examinar detalhadamente todo o conjunto de dados para determinar como as temperaturas variam em todo o planeta e determinar melhor a composição da sua atmosfera.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb desvenda os mistérios do nosso sistema solar, perscruta mundos distantes em torno de outras estrelas e explora as misteriosas estruturas e origens do nosso universo e o nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
