Novas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) revelam um exoplaneta muito incomum, TOI-5205 b, às vezes descrito como “tabu”. Os cientistas descobriram que a atmosfera do planeta gigante contém menos elementos pesados do que a sua estrela hospedeira, um resultado surpreendente que pode remodelar a compreensão dos investigadores sobre as fases iniciais da formação de planetas gigantes.
Os resultados da pesquisa foram publicados em revista astronômicauma equipe internacional liderada por Caleb Cañas do Goddard Space Flight Center da NASA, com contribuições de Shubham Kanodia da Carnegie Science e outros.
planetas gigantes orbitando pequenas estrelas
TOI-5205 b tem aproximadamente o mesmo tamanho de Júpiter, mas orbita uma estrela muito menor que tem cerca de quatro vezes o tamanho de Júpiter e apenas cerca de 40% da massa do Sol. Quando um planeta passa em frente de uma estrela num evento chamado “trânsito”, bloqueia cerca de seis por cento da luz da estrela.
Durante esses trânsitos, os astrônomos usam espectrômetros para decompor a luz das estrelas em suas cores componentes. Esta técnica permite-lhes identificar a composição química da atmosfera de um planeta e obter informações sobre como esta se formou e evoluiu ao lado da sua estrela hospedeira.
Dificuldades na teoria da formação planetária
Os planetas normalmente se formam em discos giratórios de gás e poeira em torno de estrelas jovens. Embora este processo seja amplamente aceito, sistemas como o TOI-5205 b desafiam os modelos existentes. Planetas massivos orbitando estrelas pequenas e frias a curta distância são difíceis de explicar usando as teorias atuais.
Para estudar estes sistemas incomuns, Kanodia, Kanas e Jessica Libby-Roberts, da Universidade de Tampa, estão liderando o maior programa de exoplanetas de segundo ciclo do JWST, Red Dwarfs and the Big Seven. O projeto concentra-se em mundos raros como TOI-5205 b, comumente conhecidos como GEMS (exoplanetas gigantes que cercam anãs M).
JWST detecta produtos químicos atmosféricos inesperados
TOI-5205 b foi confirmado pela primeira vez em 2023, quando Kanodia conduziu observações de acompanhamento com base em dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA. Agora, os investigadores usaram o JWST para examinar detalhadamente a sua atmosfera pela primeira vez.
Depois de observar três trânsitos, a equipe encontrou resultados inesperados. Comparada a Júpiter, a atmosfera do planeta contém significativamente menos elementos pesados que o hidrogênio. Ainda mais surpreendente é que a sua metalicidade é inferior à da sua própria estrela hospedeira, tornando-o diferente de qualquer planeta gigante estudado até à data.
Os dados também revelaram que o metano (CH4) e sulfeto de hidrogênio (H2S) na atmosfera.
Elementos pesados podem estar escondidos bem no fundo
Para compreender melhor estas descobertas, os investigadores Simon Müller e Ravit Held, da Universidade de Zurique, utilizaram modelos avançados do interior planetário. Os seus resultados mostraram que todo o planeta tem cerca de 100 vezes mais metal do que a sua atmosfera.
“A metalicidade que observamos é muito inferior à composição global do planeta prevista pelo nosso modelo, que foi calculado com base em medições da massa e do raio do planeta. Isto sugere que os seus elementos pesados migraram para dentro durante a sua formação e agora o seu interior e atmosfera não estão misturados,” explicou Canodia. “Esses resultados indicam que a atmosfera do planeta é rica em carbono e pobre em oxigênio”. “
Pesquisa GEMS e pesquisas futuras
O trabalho faz parte do estudo GEMS mais amplo, que visa estudar planetas gigantes em trânsito em torno de estrelas anãs M para compreender melhor a sua formação, estrutura interna e atmosferas. A equipe de pesquisa incluiu os astrônomos da Carnegie Peter Gao, Johanna Teske e Nicole Wolak, bem como a ex-bolsista de pós-doutorado da Carnegie, Anjali Pieter (agora na Universidade de Birmingham).
Outros colaboradores incluem pesquisadores do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica, Universidade Católica, Universidade de Maryland, Instituto de Tecnologia da Califórnia, NASA Goddard, Universidade de St. Andrews, Universidade Penn State, Universidade da Califórnia, Irvine, Instituto Tata de Pesquisa Fundamental e Universidade de Amsterdã.
A correção dos pontos estelares melhora a precisão
A equipe também explica a interferência causada pelas manchas estelares na estrela hospedeira. Estas regiões escuras e ativas podem distorcer as observações, iluminando certos comprimentos de onda e ocultando partes do sinal atmosférico.
Ao corrigir esses efeitos, os pesquisadores melhoraram a precisão de suas medições. Wallack e Kanodia estão agora refinando essa abordagem em um novo projeto JWST focado no mesmo sistema. O seu trabalho poderá ajudar estudos futuros de planetas que orbitam estrelas ativas a produzir resultados mais fiáveis.
