A "IMPRESSÃO DIGITAL QUÍMICA" DO PRIMEIRO EXOPLANETA EM TRÂNSITO REVELA O SEU DISTANTE LOCAL DE NASCIMENTO 9 de abril de 2021
O exoplaneta HD 209458b transita a sua estrela. O crescente iluminado e as suas cores foram exageradas para ilustrar o espectro que os astrónomos usaram para identificar as seis moléculas na sua atmosfera.
Crédito: Universidade de Warwick/Mark Garlick
Os astrónomos encontraram evidências de que o primeiro exoplaneta identificado através do método de trânsito pode ter migrado para uma órbita próxima da sua estrela a partir do seu local de nascimento, mais distante.
A análise da atmosfera do planeta por uma equipa que inclui cientistas da Universidade de Warwick identificou a impressão digital química de um planeta que se formou muito mais longe do seu sol do que onde atualmente reside. Isto confirma o pensamento anterior de que o planeta se mudou para a sua posição atual após a formação, a uns meros 7 milhões de quilómetros da sua estrela ou o equivalente a 1/20 da distância Terra-Sol.
As conclusões, por uma equipa internacional de astrónomos, foram publicadas dia 7 de abril na revista Nature. A Universidade de Warwick liderou a modelagem e interpretação dos resultados que marcam a primeira vez que até seis moléculas na atmosfera de um exoplaneta foram medidas para determinar a sua composição.
É também a primeira vez que os astrónomos usam estas seis moléculas para determinar definitivamente o local onde estes planetas gigantes e quentes se formam graças à composição das suas atmosferas.
Com telescópios novos e mais poderosos entrando em breve em operação, a sua técnica também poderá ser usada para estudar a química de exoplanetas que podem potencialmente hospedar vida.
Esta última investigação usou o Telescópio Nacional Galileu em La Palma, Espanha, para obter espectros de alta resolução da atmosfera do exoplaneta HD 209458b enquanto passava em frente da sua estrela hospedeira em quatro ocasiões distantes. A luz estelar é alterada à medida que passa pela atmosfera do planeta e, ao analisar as diferenças no espectro resultante, os astrónomos podem determinar quais os elementos químicos presentes e as suas abundâncias.
Pela primeira vez, os astrónomos foram capazes de detetar cianeto de hidrogénio, metano, amónia, acetileno, monóxido de carbono e quantidades baixas de vapor de água na atmosfera de HD 209458b. A abundância inesperada de moléculas baseadas em carbono (cianeto de hidrogénio, metano, acetileno e monóxido de carbono) sugere que existem aproximadamente tantos átomos de carbono quanto átomos de oxigénio na atmosfera, o dobro do carbono esperado. Isto sugere que o planeta preferencialmente acretou gás rico em carbono durante a formação, o que só é possível se orbitasse muito mais longe da sua estrela quando se formou originalmente, provavelmente a uma distância semelhante à de Júpiter ou Saturno no nosso próprio Sistema Solar.
O Dr. Siddharth Gandhi do Departamento de Física da Universidade de Warwick, disse: "Os químicos principais são espécies com carbono e azoto. Se estas espécies estão ao nível que as detetámos, isto é indicativo de uma atmosfera que é enriquecida em carbono em comparação com oxigénio. Usámos estes seis elementos químicos pela primeira vez para restringir onde, no seu disco protoplanetário, o planeta se teria formado originalmente.
"Não há como um planeta se formar com uma atmosfera tão rica em carbono se estiver dentro da linha de condensação do vapor de água. À alta temperatura deste planeta (1500 K), se a atmosfera contiver todos os elementos na mesma proporção que a estrela-mãe, o oxigénio deveria ser duas vezes mais abundante do que o carbono e principalmente ligado ao hidrogénio para formar água ou ao carbono para formar monóxido de carbono. Os nossos achados, muito diferentes, concordam com o entendimento atual de que Júpiteres quentes como HD 209458b se formaram muito longe da sua posição atual."
Usando modelos de formação planetária, os astrónomos compararam a impressão digital química de HD 209458b com a que esperariam ver para um planeta desse tipo.
Um sistema solar começa como um disco de material em torno da estrela que se reúne para formar os núcleos sólidos dos planetas, que então acretam material gasoso para formar uma atmosfera. Perto da estrela, onde é mais quente, uma grande proporção de oxigénio permanece na atmosfera na forma de vapor de água. Mais longe, conforme fica mais frio, essa água condensa-se para gelo e fica presa no centro de um planeta, levando a uma atmosfera mais composta por moléculas baseadas em carbono e no azoto. Portanto, espera-se que os planetas perto da estrela tenham atmosferas ricas em oxigénio, em vez de carbono.
HD 209458b foi o primeiro exoplaneta a ser identificado usando o método de trânsito, observando-o enquanto passa em frente da sua estrela. Tem sido objeto de muitos estudos, mas esta é a primeira vez que seis moléculas individuais foram medidas na sua atmosfera para criar uma "impressão digital química" detalhada.
O Dr. Matteo Brogi, da Universidade de Warwick, acrescenta: "Ao aumentar estas observações, seremos capazes de dizer quais as classes de planetas que temos em termos do seu local de formação e evolução inicial. É realmente importante não trabalhar com as premissas de que existem apenas algumas moléculas que são importantes para determinar os espectros destes planetas, como frequentemente foi feito antes. A deteção do máximo de moléculas possível é útil quando passamos a testar esta técnica em planetas com condições propícias para a vida, porque vamos precisar de ter um portfólio completo de elementos químicos que podemos detetar."
Paolo Giacobbe, investigador do INAF (Instituto Nacional de Astrofísica, em Itália) e autor principal do artigo científico, salientou: "Se esta descoberta fosse um romance, começaria com 'No início havia apenas água...' porque a grande maioria da inferência das atmosferas exoplanetárias, com base em observações no infravermelho próximo, foi baseada na presença (ou ausência) de vapor de água, que domina esta região do espectro. Nós perguntámo-nos: é realmente possível que todos os outros elementos esperados na teoria não deixem nenhum traço mensurável? Descobrir que é possível detetá-los, graças aos nossos esforços no aprimoramento das técnicas de análise, abre novos horizontes para explorar."
