Uma equipe internacional liderada pelo ex-aluno de doutorado do MPIA (Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha), Sebastian Zieba (Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EUA) e pela diretora e pesquisadora do MPIA (Investigadora Principal) Laura Kreidberg usou o MIRI (Mid-Infrared Planets) HS Bay no Telescópio Espacial James Webb (JWST). Este trabalho vai além do estudo das atmosferas para se concentrar na geologia dos planetas que orbitam outras estrelas, proporcionando uma compreensão mais profunda das suas propriedades. As descobertas foram publicadas em uma revista astronomia natural.
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, a apenas cerca de três diâmetros estelares da superfície. O planeta está bloqueado pelas marés, o que significa que um lado está permanentemente voltado para a estrela enquanto o outro lado permanece na escuridão. A temperatura média diurna é de 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).
“Com a incrível sensibilidade do JWST, podemos detectar luz vinda diretamente da superfície deste planeta rochoso distante”, disse Laura Kreidberg do MPIA. “Vemos uma rocha escura, quente e estéril, sem qualquer atmosfera.”
Sua aparência escura sugere que pode se assemelhar a uma versão maior da Lua ou de Mercúrio. Esta conclusão vem de uma análise da radiação infravermelha emitida durante as horas quentes do dia na Terra. Os cientistas não conseguem obter imagens diretas do planeta. Em vez disso, medem mudanças subtis no brilho da luz combinada das estrelas e dos planetas em órbita à medida que se movem.
O MIRI examina as emissões infravermelhas entre 5 e 12 mícrons dividindo a luz em intervalos menores de comprimento de onda e medindo a intensidade de cada intervalo. Este processo produz um espectro semelhante ao do arco-íris, que revela a distribuição da luz em diferentes comprimentos de onda. As primeiras observações do Telescópio Espacial Spitzer forneceram dados adicionais que fortaleceram a análise.
Descartando a possibilidade de crosta semelhante à da Terra
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 equipe comparou suas observações com modelos de computador e uma biblioteca de rochas e minerais conhecidos da Terra, da Lua e de Marte. Estas comparações sugerem que LHS 3844 b não possui uma crosta semelhante à da Terra, que é tipicamente rica em minerais de silicato, como o granito.
A descoberta não é surpreendente, já que a Terra é a única no sistema solar a ter tal crosta. Ainda assim, fornece pistas sobre o passado da Terra. Na Terra, a crosta rica em silicatos formou-se através de processos de longo prazo que envolvem actividade tectónica, muitas vezes necessitando de água. As rochas foram repetidamente derretidas e recicladas, permitindo que materiais mais leves subissem e formassem a crosta.
“Uma vez que LHS 3844 b não possui essa crosta de silicato, pode-se concluir que a tectónica de placas não é aplicável a este planeta, ou que é inválida”, diz Sebastian Zieba. “O planeta provavelmente contém muito pouca água.”
superfície rica em basalto
Em vez de material semelhante ao granito, os dados apontam para uma superfície feita de basalto ou rochas semelhantes ao manto, semelhante ao material vulcânico encontrado na Terra ou na Lua. Os pesquisadores realizaram comparações estatísticas detalhadas dos espectros observados e de 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 são bastante adequados, enquanto o pó fino ou a própria poeira não correspondem às observações devido à sua aparência mais brilhante.
Sem a proteção de uma atmosfera, o planeta está constantemente exposto à intensa radiação da estrela e aos impactos dos meteoritos. Esses processos destroem gradualmente a rocha e mudam sua superfície.
“Acontece que estes processos não dissolvem apenas lentamente a rocha dura em regolito, a camada de partículas finas ou pó encontrada na Lua”, explica Zieba. “Eles também escureceram a camada adicionando ferro e carbono, tornando as propriedades do regolito mais consistentes com as observações.”
Lava fresca ou poeira antiga
Estes dados apoiam duas explicações possíveis para a superfície do planeta. Um cenário representa uma paisagem dominada por basalto sólido relativamente fresco. Neste caso, a atividade geológica recente, como a atividade vulcânica generalizada, poderá reaparecer na Terra.
O segundo cenário também envolve uma superfície escura, mas ela se forma devido à exposição prolongada ao espaço. Com o tempo, o desgaste cria grandes áreas de regolito escuro, semelhantes às superfícies empoeiradas da Lua ou de Mercúrio. Esta explicação implica que o planeta está geologicamente inativo há muito tempo.
Procure sinais de atividade
A principal diferença entre as duas possibilidades é se o planeta ainda está geologicamente ativo. Na Terra e em outros mundos ativos, a atividade vulcânica libera gases no ambiente circundante. Um desses gases é o dióxido de enxofre (SO2), frequentemente associado à atividade vulcânica.
Se o LHS 3844 b estivesse atualmente ativo, o MIRI provavelmente detectaria este gás. No entanto, nenhum sinal desse tipo foi encontrado. Esta ausência sugere que a atividade vulcânica recente é improvável, tornando o cenário de superfície inativa e desgastada mais credível. Se correto, o planeta poderia ser muito semelhante a Mercúrio.
Para resolver este problema, a equipe está conduzindo mais observações com o JWST. Estas novas medições foram concebidas para detectar diferenças subtis na luz emitida e reflectida por rochas sólidas e materiais soltos. A forma como a luz é emitida em diferentes ângulos depende da textura da superfície, que pode revelar se a superfície é uma rocha lisa ou um material áspero e pulverulento. Este método foi usado com sucesso para estudar asteróides no sistema solar.
“Acreditamos que a mesma técnica nos permitirá elucidar as propriedades da crosta de LHS 3844 b e, no futuro, de outros exoplanetas rochosos”, concluiu Kreidberg.
Informações adicionais
Laura Kreidberg é a única astrônoma do MPIA envolvida neste estudo.
Outros pesquisadores incluem: Sebastian Zieba (Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EUA), Brandon P. Coy (Departamento de Ciências Geofísicas, Universidade de Chicago, EUA), Aaron Bello-Arufe (JPL, Instituto de Tecnologia da Califórnia, Pasadena, EUA), Kimberly Paragas (Departamento de Geologia e Geologia Planetária, Instituto de Tecnologia de Pasadena, EUA) Hu (Penn State University, University Park e Jet Propulsion Laboratory, EUA), Aishwarya Iyer (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, EUA), Kay Wohlfarth (Technische Universität Dortmund, Alemanha)
As observações do JWST usadas neste estudo foram conduzidas como parte do Projeto GO #1846 (PI: Laura Kreidberg, co-PI: Renyu Hu), intitulado “Em busca de atividade vulcânica e assinaturas geodinâmicas no exoplaneta rochoso quente LHS 3844 b.”
O consórcio MIRI é composto por estados membros da ESA (Agência Espacial Europeia): Bélgica, Dinamarca, França, Alemanha, Irlanda, Países Baixos, Espanha, Suécia, Suíça e Reino Unido. As organizações científicas nacionais da Alemanha, a Sociedade Max Planck (MPG) e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR), financiam o trabalho do consórcio. As instituições alemãs participantes incluem o Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, a Universidade de Colônia e a Hensoldt AG (anteriormente Carl Zeiss Optoelectronics) em Oberkochen.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de pesquisa espacial do mundo. Este é um projeto internacional liderado pela NASA e pelos seus parceiros ESA e CSA (Agência Espacial Canadense).
O Telescópio Espacial Spitzer é operado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da Caltech sob contrato com a NASA.
