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Hubble detecta exoplaneta com brilhante atmosfera de água


Esta ilustração mostra o Júpiter quente WASP-121b, que forneceu as melhores evidências, até agora, da presença de uma estratosfera num exoplaneta.
Crédito: Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, Universidade de Exeter

Os cientistas descobriram as evidências mais fortes, até agora, da existência de uma estratosfera num planeta para lá do nosso Sistema Solar, ou exoplaneta. A estratosfera é uma camada da atmosfera na qual a temperatura aumenta com altitudes mais elevadas.

"Este resultado é emocionante porque mostra que uma característica comum da maioria das atmosferas no nosso Sistema Solar - uma estratosfera quente - também pode ser encontrada em atmosferas exoplanetárias," comenta Mark Marley, coautor do estudo baseado no Centro de Pesquisa Ames da NASA em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia. "Agora podemos comparar processos em atmosferas exoplanetárias com os mesmos processos que ocorrem sob diferentes condições no nosso próprio Sistema Solar."

Relatado na revista Nature, os cientistas usaram dados do Telescópio Espacial Hubble para estudar WASP-121b, um tipo de exoplaneta chamado "Júpiter quente". A sua massa é 1,2 vezes maior que a de Júpiter e o seu raio corresponde a 1,9 vezes o de Júpiter - tornando-o mais inchado. Mas enquanto Júpiter gira em torno do Sol uma vez a cada 12 anos, WASP-121b tem um período orbital de apenas 1,3 dias. Este exoplaneta está tão perto da sua estrela que, se chegasse mais perto, a gravidade da estrela começaria a rasgá-lo. Isto também significa que o topo da atmosfera do planeta é aquecido até uns ardentes 2500 graus Celsius, quente o suficiente para ferver alguns metais. O sistema WASP-121 está a uma distância estimada em 900 anos-luz - longe, mas próximo por padrões galácticos.

Investigações anteriores encontraram possíveis sinais de uma estratosfera no exoplaneta WASP-33b, bem como em alguns outros Júpiteres quentes. O novo estudo apresenta as melhores evidências, até agora, devido à assinatura das moléculas de água quente que os investigadores observaram pela primeira vez.

"Os modelos teóricos sugeriram que as estratosferas podem definir uma classe distinta de planetas ultra quentes, com implicações importantes para a sua física e química atmosférica," afirma Tom Evans, autor principal e investigador da Universidade de Exeter, Reino Unido. "As nossas observações suportam esta imagem."

Para estudar a estratosfera de WASP-121b, os cientistas analisaram a forma como diferentes moléculas na atmosfera reagem a determinados comprimentos de onda da luz, usando as capacidades do Hubble para espectroscopia. O vapor de água na atmosfera do planeta, por exemplo, comporta-se de maneira previsível em resposta a certos comprimentos de onda, dependendo da temperatura da água.

A luz estelar é capaz de penetrar nas profundezas da atmosfera de um planeta, onde aumenta a temperatura do gás aí presente. Este gás então irradia o seu calor para o espaço sob a forma de radiação infravermelha. No entanto, se existir vapor de água mais frio no topo da atmosfera, as moléculas de água evitarão com que certos comprimentos de onda dessa luz escape para o espaço. Mas se as moléculas de água no topo da atmosfera tiverem uma temperatura mais alta, vão brilhar nos mesmos comprimentos de onda.

"A emissão da luz da água significa que a temperatura aumenta com a altura," afirma Tiffany Kataria, coautora do estudo no JPL da NASA em Pasadena, Califórnia, EUA. "Estamos ansiosos por explorar a que longitudes este comportamento persiste com as próximas observações do Hubble."

O fenômeno é semelhante ao que acontece com os fogos-de-artifício, que recebem as suas cores dos vários compostos químicos que emitem luz. Quando as substâncias metálicas são aquecidas e vaporizadas, os seus eletrões movem-se para estados de energia mais elevados. Dependendo do material, esses eletrões emitem luz em comprimentos de onda específicos à medida que perdem energia; o sódio produz um tom amarelo-alaranjado e o estrôncio produz um tom vermelho neste processo, por exemplo. As moléculas de água na atmosfera de WASP-121b, similarmente, libertam radiação à medida que perdem energia, mas sob a forma de radiação infravermelha, que o olho humano não consegue detetar.

Na estratosfera da Terra, o ozono prende a radiação ultravioleta do Sol, o que aumenta a temperatura desta camada atmosférica. Outros corpos do Sistema Solar também possuem estratosferas; por exemplo, o metano é o responsável pelo aquecimento na estratosfera de Júpiter e na lua de Saturno, Titã.

Nos planetas do Sistema Solar, a mudança de temperatura dentro de uma estratosfera ronda normalmente os 56º C. Em WASP-121b, a temperatura na estratosfera sobe 560º C. Os cientistas ainda não sabem que elementos químicos provocam o aumento de temperatura na atmosfera de WASP-121b. O óxido de vanádio e o óxido de titânio são dois candidatos, pois são observados frequentemente em anãs castanhas, "estrelas falhadas" que têm algumas semelhanças com os exoplanetas. Pensa-se que estas substâncias estejam presentes apenas nos mais quentes dos Júpiteres quentes, uma vez que são necessárias temperaturas altas para as manter no estado gasoso.

"Este exoplaneta superquente será um ponto de referência para os nossos modelos atmosféricos e será um importante alvo de observação na era do Webb," realça Hannah Wakeford, coautora do estudo que trabalhou nesta investigação baseada no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland.


O topo da atmosfera do planeta é aquecida até ardentes 2500º C, quente o suficiente para ferver alguns metais.
Crédito: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)

FONTE: http://www.ccvalg.pt

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