TELESCÓPIOS ENCONTRAM CÉUS LIMPOS E VAPOR DE ÁGUA EM EXOPLANETA
26 de Setembro de 2014
Astrónomos usaram dados de três telescópios espaciais - Hubble, Spitzer e Kepler - para descobrir céus limpos e vapor de água fumegante num planeta gasoso para lá do nosso Sistema Solar. O planeta é aproximadamente do tamanho de Neptuno, e assim sendo é o planeta mais pequeno onde foram detectadas moléculas de qualquer espécie.
"Esta descoberta é um marco importante no caminho para finalmente analisar a composição atmosférica de planetas mais pequenos e rochosos como a Terra," afirma John Grunsfeld, administrador assistente do Directorado para Missões Científicas da NASA em Washington. "Estas conquistas só são possíveis hoje com as capacidades combinadas destes observatórios únicos e poderosos."
As nuvens na atmosfera de um planeta podem bloquear a vista de moléculas que revelam informação acerca da história e composição do planeta. A descoberta de céus limpos num planeta com o tamanho de Neptuno é um bom sinal de que planetas mais pequenos podem ter igualmente boa visibilidade.
"Quando os astrónomos observam à noite com telescópios, dizem 'céus limpos' para significar boa sorte," comenta Jonathan Fraine da Universidade de Maryland em College Park, autor principal de um novo estudo publicado na revista Nature. "Neste caso, encontrámos céus limpos num planeta distante. Para nós isto é ter sorte porque significa que as nuvens não bloqueiam a observação de moléculas de água."
O planeta, HAT-P-11b, está classificado como um exo-Neptuno - um planeta do tamanho de Neptuno que orbita a estrela HAT-P-11. Está localizado a 120 anos-luz de distância na direcção da constelação de Cisne. Este planeta orbita mais perto da sua estrela do que Neptuno do Sol, completando uma volta a cada cinco dias, aproximadamente. É um mundo quente que se pensa ter um núcleo rochoso e uma atmosfera gasosa. Não se sabia muito mais sobre a composição do planeta, ou de outros exo-Neptuno como este, até agora.
Parte do desafio em analisar as atmosferas de planetas como este é o seu tamanho. Planetas maiores e semelhantes a Júpiter são mais fáceis de observar devido ao seu tamanho e às suas atmosferas relativamente inflacionadas. De facto, os cientistas já detectaram vapor de água nas atmosferas desses planetas. O punhado de planetas mais pequenos observados anteriormente provaram ser mais difíceis de estudar, parcialmente porque todos pareciam estar escondidos por trás de nuvens.
No novo estudo, os astrónomos dedicaram-se a observar a atmosfera de HAT-P-11b, sem saber se o seu clima exigia nuvens. Usaram o instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble e uma técnica chamada espectroscopia de transmissão, na qual um planeta é observado à medida que passa em frente da sua estrela-mãe. A luz estelar é filtrada através da orla da atmosfera do planeta; se existirem aí moléculas de água, estas absorvem parte da luz da estrela, deixando assinaturas distintas na luz que chega aos nossos telescópios.
Usando esta estratégia, o Hubble foi capaz de detectar vapor de água em HAT-P-11b. Mas antes da equipa comemorar céus limpos no exo-Neptuno, tiveram de demonstrar que as manchas estelares - "sardas" mais frias na superfície das estrelas - não eram as verdadeiras fontes do vapor de água. As manchas estelares podem conter vapor de água que pode erroneamente parecer ser do planeta.
A equipa voltou-se depois para o Kepler e para o Spitzer. O Kepler tinha vindo a observar uma zona do céu durante anos, e acontece que HAT-P-11b estava nesse campo. Estes dados no visível foram combinados com observações do Spitzer obtidas em comprimentos de onda infravermelhos. Ao comparar estas observações, os astrónomos descobriram que as manchas estelares eram demasiado quentes para ter qualquer vapor de água. Foi nesse ponto que a equipa celebrou a detecção de vapor de água num mundo totalmente diferente de qualquer outro do nosso Sistema Solar. Esta descoberta indica que o planeta não tinha nuvens que bloqueavam a vista, um sinal esperançoso de que se possam localizar e analisar mais planetas sem nuvens no futuro.
"Nós pensamos que os exo-Neptunos têm composições muito diversas que reflectem as suas histórias de formação," comenta Heather Knutson, co-autora do estudo, do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, EUA. "Agora, com dados como estes, podemos começar a juntar uma narrativa sobre a origem destes mundos distantes."
Os resultados de todos os três telescópios demonstram que HAT-P-11b está coberto de vapor de água, hidrogénio gasoso e provavelmente outras moléculas ainda por identificar. Os teóricos vão elaborar novos modelos para explicar a composição e origem do planeta.
"Estamos a trabalhar dos maiores para os mais pequenos, dos Júpiteres quentes até aos exo-Neptunos," realça Drake Deming, co-autor do estudo e também da Universidade de Maryland. "Queremos ampliar o nosso conhecimento a uma gama diversificada de exoplanetas."
Os astrónomos planeiam examinar mais exo-Neptunos no futuro, e esperam aplicar o mesmo método às super-Terras - primos rochosos e maciços do nosso planeta com até 10 vezes a sua massa. Embora não exista nenhuma super-Terra no nosso Sistema Solar, a missão Kepler da NASA está a encontrar imensos exoplanetas deste género noutras estrelas. O Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para 2018, vai procurar nas super-Terras sinais de vapor de água e de outras moléculas; apesar disso, provavelmente vamos ter que esperar ainda mais algum tempo até à descoberta de sinais de oceanos em mundos potencialmente habitáveis.
"O trabalho que estamos agora a fazer é importante para os estudos futuros de super-Terras e planetas ainda mais pequenos, porque nós queremos ser capazes de escolher com antecedência os planetas com atmosferas limpas que nos permitem detectar moléculas," afirma Knutson.
Mais uma vez, os astrónomos têm que aguardar por céus limpos.
Um planeta do tamanho de Neptuno com uma atmosfera limpa passa em frente da sua estrela nesta impressão de artista. Estes trânsitos são observados por telescópios como o Hubble e Spitzer para recolher mais informações sobre as atmosferas dos planetas.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
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Os cientistas ficaram entusiasmados por descobrir céus limpos num planeta relativamente pequeno, com aproximadamente o tamanho de Neptuno, usando o poder combinado dos telescópios espaciais Hubble, Spitzer e Kepler.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
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Gráfico do espectro de transmissão do exoplaneta HAT-P-11b, com dados combinados dos observatórios Kepler, Hubble e Spitzer. Os resultados mostram uma detecção robusta de absorção de água nos dados do Hubble. O espectro de transmissão de modelos atmosféricos seleccionados são aqui também mostrados para comparação.
Crédito: NASA/ESA/STScI
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