Pesquisadores usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA descobriram o sinal mais claro de que um planeta rochoso fora do nosso sistema solar está envolto em uma atmosfera.
Suas observações da super-Terra superquente TOI-561 b sugerem que o exoplaneta pode estar envolto em uma espessa camada de gás e situado no topo de um oceano global de lava.
A equipe relatou os resultados em 11 de dezembro Comunicações do Jornal Astrofísico. Eles explicam que os novos dados ajudam a explicar a densidade planetária surpreendentemente baixa e desafiam a visão de longa data de que planetas relativamente pequenos orbitando estrelas não conseguem manter atmosferas.
Órbitas extremas e super-Terras de período ultracurto
TOI-561 b tem um raio cerca de 1,4 vezes o da Terra e completa uma órbita em menos de 11 horas, tornando-o um dos raros 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 – quase certamente com um lado permanentemente bloqueado no lado voltado para a estrela. Durante estes dias intermináveis, espera-se que as temperaturas subam muito além do ponto de fusão das rochas típicas.
A co-autora, Anjali Piet, da Universidade de Birmingham, disse: “Nós realmente precisamos de uma atmosfera espessa e rica em voláteis para explicar todas as observações. Os ventos fortes transportam o calor para a noite, resfriando-o durante o dia.”
“Gases como o vapor de água absorvem certos comprimentos de onda da luz infravermelha emitida pela superfície antes de passar pela atmosfera. Como menos luz é detectada pelos telescópios, o planeta parecerá mais frio, mas também é possível que estejam presentes nuvens brilhantes de silicato que resfriam a atmosfera ao refletir a luz das estrelas.”
Explorando a densidade incomumente baixa de um planeta
Os investigadores exploraram a baixa densidade do planeta, e uma possível explicação é que TOI-561 b pode conter um núcleo de ferro relativamente pequeno e um manto feito de rocha que é menos denso que o interior da Terra.
“O que é realmente único neste planeta é a sua densidade invulgarmente baixa”, disse a autora principal Johanna Teske, cientista do Laboratório Terra e Planetário de Carnegie. “É menos denso do que você poderia imaginar se tivesse uma composição semelhante à da Terra.”
“TOI-561 b é único entre os planetas de período ultracurto, pois orbita uma estrela muito antiga e pobre em ferro – duas vezes mais velha que o Sol – numa região da Via Láctea conhecida como disco espesso. Deve ter-se formado num ambiente químico muito diferente dos planetas do nosso sistema solar.”
Por causa disso, a composição do planeta pode ser semelhante a mundos que se formaram quando o próprio universo era relativamente jovem.
A espessa atmosfera acima do oceano global de magma
A equipe também sugeriu que TOI-561 b pode estar envolto em uma atmosfera espessa, fazendo com que o planeta pareça maior do que seria se fosse sólido sozinho. Embora a teoria sugira que os asteróides que passaram milhares de milhões de anos sob intensa radiação estelar deveriam perder qualquer gás que outrora continham, alguns desses planetas ainda mostram sinais de que são mais do que apenas rocha nua ou lava exposta.
Os pesquisadores testaram a ideia de que TOI-561 b tem uma atmosfera usando o NIRSpec (espectrômetro de infravermelho próximo) de Webb para medir a temperatura diurna do planeta com base em seu brilho no infravermelho próximo. O método envolve rastrear a diminuição do brilho de um sistema combinado de estrelas e planetas à medida que o planeta se move atrás da estrela. É semelhante à técnica usada 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 a noite, o seu hemisfério iluminado deveria atingir cerca de 4.900 graus Fahrenheit (2.700 graus Celsius). Em vez disso, os dados do NIRSpec indicam temperaturas diurnas próximas de 1.800 graus Celsius (3.200 graus Fahrenheit) – ainda muito quentes, mas muito mais frias do que o esperado.
Teste a transferência de calor e cenários atmosféricos
Para explicar as temperaturas abaixo do esperado, os pesquisadores avaliaram diversos cenários. Um oceano global de magma poderia transferir algum calor do dia para a noite, mas sem atmosfera, o lado permanentemente escuro solidificar-se-ia, limitando a quantidade de energia que poderia ser redistribuída. Uma fina camada de vapor de rocha pode existir na superfície fundida, mas isso por si só não fornece resfriamento suficiente para corresponder às observações.
Embora as medições de Webb apoiem fortemente a existência de uma atmosfera, permanece um mistério importante: como poderia um planeta relativamente pequeno manter uma atmosfera, especialmente uma que parece tão sólida, quando bombardeado por uma radiação tão intensa?
“Acreditamos que existe um equilíbrio entre o oceano de magma e a atmosfera”, disse o co-autor Tim Lichtenberg, da Universidade de Groningen, na Holanda. “À medida que os gases fluem do planeta para a atmosfera, o oceano de magma os suga de volta para o interior. O planeta teria que ser mais rico em materiais voláteis do que a Terra para explicar as observações. É realmente como uma bola de lava úmida.”
A visão de longo prazo de Weber sobre o TOI-561 b e sua missão mais ampla
As descobertas vêm de resultados preliminares do Webb Ordinary Observer Project 3860, que monitorou o sistema continuamente por mais de 37 horas enquanto TOI-561 b completava quase quatro órbitas completas ao redor da estrela. A equipe está atualmente estudando detalhadamente o conjunto completo de dados para mapear as mudanças de temperatura em todo o planeta e determinar melhor a composição de sua atmosfera.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios no sistema solar, perscrutando mundos distantes em torno de outras estrelas e explorando a misteriosa estrutura e origens do universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA e seus parceiros ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
