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Elemento químico potássio foi detectado em atmosfera exoplanetária


Ilustração de um Júpiter quente (direita) e da sua estrela fria hospedeira.
Crédito: AIP/Kristin Riebe

Desde as primeiras previsões teóricas, há 20 anos atrás, que se esperava que os elementos químicos potássio e sódio fossem detetáveis nas atmosferas de "Júpiteres quentes", planetas gasosos com temperaturas na ordem dos milhares de Kelvin que orbitam perto de estrelas distantes. Enquanto o sódio foi detetado com observações de alta resolução bastante cedo, o potássio não o foi, o que criou um quebra-cabeças para a química e física atmosféricas.

Os elementos podem ser descobertos analisando o espectro de luz da estrela quando o planeta passa à sua frente, a partir do ponto de vista da Terra. Diferentes elementos provocam sinais de absorção específicos no espectro, linhas escuras que sugerem a composição química da atmosfera. No entanto, a presença de nuvens nas atmosferas dos Júpiteres quentes enfraquece fortemente qualquer característica de absorção espectral e, portanto, dificulta a sua detecção.

Até para HD 189733b, o Júpiter quente mais bem estudado, até agora os cientistas possuíam apenas um conhecimento muito vago e impreciso da absorção do potássio. O exoplaneta, situado a 64 anos-luz de distância e com aproximadamente o tamanho de Júpiter, orbita a sua estrela - uma anã com 0,8 vezes a massa do Sol - em 53 horas e está 30 vezes mais próxima da sua estrela do que a Terra do Sol.

Foi necessária a capacidade de captação de luz do LBT (Large Binocular Telescope) de 2x8,4 m e a alta resolução espectral do PEPSI (Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument) para medir, definitivamente, o potássio pela primeira vez em alta resolução nas camadas atmosféricas acima das nuvens.

Com estas novas medições, os cientistas podem agora comparar os sinais de absorção de potássio e sódio e, assim, aprender mais sobre processos como condensação ou fotoionização nessas atmosferas exoplanetárias.

A técnica aplicada neste estudo com o LBT é denominada espectroscopia de transmissão. Exige que o exoplaneta transite a estrela hospedeira. "Obtivemos uma série temporal de espectros de luz durante o trânsito e comparamos a profundidade de absorção," disse o autor principal do estudo, Engin Keles, estudante de doutoramento do Instituto Leibniz para Astrofísica em Potsdam e do grupo de Física Estelar e Exoplanetas. "Durante o trânsito, detectamos a assinatura do potássio, que desapareceu antes e depois do trânsito como esperado, o que indica que a absorção é induzida pela atmosfera planetária."

As investigações de outras equipas já tinham tentado detetar potássio no mesmo exoplaneta; no entanto, nada foi encontrado ou o que foi encontrado era muito fraco para ser estatisticamente significativo. Até agora, não havia uma detecção significativa de potássio em observações de alta resolução para qualquer exoplaneta.

"As nossas observações claramente conseguiram alcançar este feito," enfatiza o co-líder do projeto, o Dr. Matthias Mallonn, vice-investigador principal do PEPSI, atrás do professor Klaus Strasseier: "O PEPSI está adequado para esta tarefa devido à sua alta resolução espectral que permite recolher mais fotões por pixel de linhas espectrais muito estreitas do que qualquer outra combinação telescópio-espectrógrafo."

"Tanto como espectrógrafo quando espectropolarímetro, o PEPSI já fez contribuições significativas para a física estelar," acrescenta Christian Veillet, Diretor do Observatório LBT. "Esta forte detecção de potássio na atmosfera de um exoplaneta estabelece o PEPSI como uma ferramenta incrível para a caracterização dos exoplanetas, bem como um recurso único para a comunidade do LBT."

A equipa incluiu colegas da Dinamarca, Países Baixos, Suíça, Itália e Estados Unidos e apresentou os resultados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Deteção do potássio em HD 189733b. A imagem mostra o excesso de absorção na linha do potássio na atmosfera do exoplaneta durante o trânsito. O eixo horizontal mostra o tempo em minutos, 0 significa que o exoplaneta está no meridiano central, perto do meio do disco estelar. As linhas tracejadas verticais indicam a duração do trânsito. A linha azul mostra a absorção planetária modelada.
Crédito: AIP/Engin Keles, Kristin Riebe

FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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