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Metano e água encobrem exoplaneta parecido com Júpiter


Impressão de artista do exoplaneta 51 Eridani b, no infravermelho, que mostra as camadas quentes nas profundezas da atmosfera que brilha através das nuvens. Devido à sua tenra idade, este primo jovem do nosso Júpiter é ainda quente e contém informação acerca da sua formação que ocorreu há 20 milhões de anos.
Crédito: Danielle Futselaar & Franck Marchis, Instituto SETI

Indo para além da descoberta e fotografando um jovem Júpiter, astrônomos usando o GPI (Gemini Planet Imager) do Observatório Gemini examinaram um mundo recém-descoberto em detalhes sem precedentes. Descobriram um exoplaneta com cerca de duas vezes a massa de Júpiter, o mais parecido com um planeta do Sistema Solar já observado diretamente em torno de outra estrela.

O planeta, conhecido como 51 Eridani b, orbita a sua estrela hospedeira a cerca de 13 vezes a distância Terra-Sol (equivalente a estar entre Saturno e Úrano no nosso Sistema Solar). O sistema está localizado a cerca de 100 anos-luz de distância. Os dados do Gemini também fornecem aos cientistas a mais forte detecção espectroscópica de metano na atmosfera de um planeta fora do nosso Sistema Solar, acrescentando às suas semelhanças com os planetas gigantes do nosso Sistema Solar.

"Muitos dos exoplanetas já observados diretamente têm atmosferas que parecem estrelas muito frias," afirma Bruce Macintosh, da Universidade de Stanford, que liderou a construção do GPI e agora lidera a caça de planetas. "Este parece ser um planeta."

A pesquisa foi publicada na edição de 13 de agosto de 2015 da revista Science.

"Este excelente resultado é uma demonstração clara das incríveis capacidades espectroscópicas e de imagem do GPI," afirma Chris Davis, da Divisão de Astronomia do NSF (National Science Foundation), que supervisiona o financiamento do Observatório Gemini. "As pesquisas exoplanetárias agora possíveis com o Gemini vão, sem dúvida, levar a uma bastante melhor compreensão do número de gigantes gasosos em órbita de estrelas vizinhas, das características das suas atmosferas e, finalmente, do modo como os planetas gigantes como Júpiter e Saturno são formados."

A descoberta faz parte do esforço mais amplo da equipa em encontrar e caracterizar novos planetas chamado GPIES (GPI Exoplanet Survey). O levantamento espera explorar mais de 600 estrelas que podem hospedar sistemas planetários; até agora observaram quase uma centena de estrelas. "Este é exatamente o tipo de sistema que imaginamos descobrir quando projetamos o GPI," afirma James Graham, professor da Universidade de Berkeley e cientista do projeto GPI.

"O GPI é capaz de dissecar a luz de exoplanetas em detalhes sem precedentes para que possamos agora caracterizar outros mundos como nunca," comenta Christian Marois do NRC (National Research Council) do Canadá. Marois, um dos quase 90 investigadores da equipa, foi pioneiro em muitas das estratégias de observação e técnicas de redução de dados que desempenharam um papel fundamental na detecção e análise do novo planeta. A luz do planeta é muito ténue - um milhão de vezes mais fraca que a luz da estrela - mas o GPI consegue vê-lo claramente. "O planeta é tão ténue e está localizado tão perto da sua estrela, que é também o primeiro exoplaneta observado diretamente a ser totalmente compatível com os modelos de formação planetária de sistemas parecidos com o Sistema Solar," explica Marois.

As observações do Gemini também foram acompanhadas pelo Observatório W. M. Keck em Mauna Kea, Hawaii, a fim de verificar a descoberta.


Imagem da descoberta de 51 Eridani b com o GPI, obtida no infravermelho próximo no dia 18 de dezembro de 2014. A estrela central foi quase totalmente removida por uma máscara de hardware e software a fim de permitir a detecção do exoplaneta, que é um milhão de vezes mais ténue.
Crédito: J. Rameau (UdeM) e C. Marois (NRC Herzberg)


Fredrik Rantakyro, cientista do instrumento GPI, acrescenta: "Desde que era criança, sonhava com planetas em torno de outras estrelas e com as vidas que possivelmente poderiam existir lá. Como astrônomo, é normal trabalhar com telescópios topo de gama mas não é normal o coração bater mais depressa. É exatamente o que aconteceu com este sonho tornado realidade de descobrir um irmão de Júpiter!"

51 Eridani é jovem - tem apenas 20 milhões de anos - e é exatamente isso que tornou possível a detecção do planeta. Quando os planetas coalescem, o material que cai para o planeta liberta energia e aquece-o. Ao longo dos próximos cem milhões de anos irradiam essa energia, principalmente no infravermelho, e arrefecem gradualmente.

Além de ser provavelmente o planeta de menor massa já observado diretamente, a sua atmosfera é também muito fria - 430º C. Também possui o mais forte sinal espectroscópico para a presença de metano atmosférico, semelhante ao ambiente de metano pesado que domina as atmosferas dos planetas gigantes do nosso Sistema Solar. O espectro do planeta também revelou água.

O estudo GPIES está atualmente a menos de 20% dos seus 600 alvos previstos para observações durante a campanha de 3 anos. Os alvos foram escolhidos devido à sua juventude e relativa curta distância ao Sistema Solar (até 300 anos-luz). Os resultados deste levantamento serão marcantes, pois estuda um regime de massa e separação exoplanetária nunca antes devidamente investigado. Espera-se que forneça o primeiro censo detalhado e a primeira demografia dos exoplanetas gigantes gasosos, que encontre sistemas multiplanetários e que realize uma caracterização espectral detalhada de muitos novos exoplanetas.


O GPI usa um espectrógrafo de campo integral, um instrumento capaz de obter imagens em vários comprimentos de onda - ou cores - infravermelhos simultaneamente, a fim de procurar novos planetas auto-luminosos em redor de estrelas próximas. O lado esquerdo da animação mostra as imagens do GPI da estrela 51 Eridani em ordem de aumento de comprimento de onda de 1,5 para 1,8 micrômetros. As imagens foram processadas para suprimir a luz de 51 Eridani, revelando o exoplaneta 51 Eridani b (indicado) que é aproximadamente um milhão de vezes mais ténue que a estrela-mãe. As regiões brilhantes para a esquerda e direita da estrela oculta são artefatos do algoritmo de processamento de imagem e podem ser distinguidos de sinais astrofísicos reais com base no seu brilho e posição como função do comprimento de onda. O espectro de 51 Eridani b, no lado direito da animação, mostra como o brilho do planeta varia em função do comprimento de onda. Caso a atmosfera fosse totalmente transmissiva, o brilho seria aproximadamente constante em função do comprimento de onda. Não é o caso de 51 Eridani b, cuja atmosfera contém água (H2O) e metano (CH4). Ao longo da gama espectral deste conjunto de dados do GPI, a água absorve fotões entre os 1,5 e 1,6 micrômetros, e o metano absorve entre os 1,6 e 1,8 micrômetros. Isto leva a um pico forte no brilho do exoplaneta aos 1,6 micrômetros, o comprimento de onda em que a absorção de fotões pela água e pelo metano é mais fraca.
Crédito: Robert De Rosa (U. Berkeley), Christian Marois (NRC Herzberg, Universidade de Victoria)


FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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