CIENTISTAS MEDEM ATMOSFERA DE UM PLANETA A 340 ANOS-LUZ DE DISTÂNCIA 29 de outubro de 2021
Impressão de artista de um "Júpiter quente".
Crédito: NASA, ESA e L. Hustak (STScI)
Uma equipa internacional de cientistas, usando o Observatório Gemini no Chile, é a primeira a medir diretamente a quantidade de água e monóxido de carbono na atmosfera de um exoplaneta a cerca de 340 anos-luz de distância.
A equipa foi liderada pelo professor assistente Michael Line da Escola de Exploração da Terra e do Espaço da Universidade do Estado do Arizona e os resultados foram publicados recentemente na revista Nature.
Existem milhares de planetas conhecidos para lá do nosso Sistema Solar. Os cientistas usam telescópios espaciais e terrestres para examinar como estes exoplanetas se formam e como são diferentes dos planetas do nosso próprio Sistema Solar.
Para este estudo, Line e a sua equipa focaram-se no planeta "WASP-77Ab", um tipo de exoplaneta chamado "Júpiter quente" porque é semelhante ao planeta Júpiter no nosso Sistema Solar, mas com uma temperatura acima dos 1000º C.
Depois, concentraram-se em medir a composição da sua atmosfera para determinar quais os elementos presentes, em comparação com a estrela que orbita.
"Por causa dos seus tamanhos e temperaturas, os Júpiteres quentes são laboratórios excelentes para medir gases atmosféricos e testar as nossas teorias de formação planetária," disse Line.
Embora ainda não possamos enviar naves a planetas para lá do nosso Sistema Solar, os cientistas podem estudar a luz destes exoplanetas com telescópios. Os telescópios que usam para estudar esta luz podem estar no espaço, como o Telescópio Espacial Hubble, ou no solo, como os telescópios do Observatório Gemini.
Line e a sua equipa estiveram amplamente envolvidos na medição das composições atmosféricas de exoplanetas com o Hubble, mas obter estas medições foi um desafio. Não só existe forte competição por tempo de telescópio, como os instrumentos do Hubble apenas medem água (ou oxigénio) e a equipa precisava também de recolher medições do monóxido de carbono (ou carbono).
Foi aqui que a equipa se virou para o telescópio Gemini South.
"Precisávamos de tentar algo diferente para responder às nossas perguntas," disse Line. "E a nossa análise das capacidades do Gemini South indicava que poderíamos obter medições atmosféricas ultraprecisas."
O Gemini South é um telescópio com 8,1 metros de abertura localizado numa montanha dos Andes chilenos chamada Cerro Pachón, onde o ar muito seco e a cobertura insignificante de nuvens o tornam um local privilegiado para o telescópio. É operado pelo NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) da NSF (National Science Foundation).
Usando o telescópio Gemini South, com um instrumento chamado IGRINS (Immersion GRating INfrared Spectrometer), a equipa observou o brilho térmico do exoplaneta enquanto orbitava a sua estrela hospedeira. A partir deste instrumento, recolheram informações sobre a presença e as quantidades relativas de diferentes gases na sua atmosfera.
Tal como os satélites meteorológicos e climáticos que são usados para medir a quantidade de vapor de água e dióxido de carbono na atmosfera da Terra, os cientistas podem usar espectrómetros e telescópios, como o IGRINS no Gemini South, para medir as quantidades de diferentes gases noutros planetas.
"Tentar descobrir a composição das atmosferas exoplanetárias é como tentar resolver um crime com impressões digitais," explicou Line. "Uma impressão digital borrada realmente não restringe muito, mas uma impressão digital boa e limpa fornece um identificador exclusivo de quem cometeu o crime."
Enquanto o Telescópio Espacial Hubble forneceu à equipa talvez uma ou duas impressões digitais difusas, o IGRINS no Gemini South forneceu à equipa um conjunto completo de impressões digitais perfeitamente claras.
E com medições claras de água e monóxido de carbono na atmosfera de WASP-77Ab, a equipa foi então capaz de estimar as quantidades relativas de oxigénio e carbono na atmosfera do exoplaneta.
"Estes valores estavam em linha com as nossas expetativas e são quase iguais aos da estrela-mãe," salientou Line.
A obtenção de abundâncias ultraprecisas de gás em atmosferas exoplanetárias não somente é uma conquista técnica importante, especialmente com um telescópio no solo, como também pode ajudar os cientistas a procurar vida noutros planetas.
"Este trabalho representa uma demonstração pioneira de como iremos, em última análise, medir bioassinaturas como oxigénio e metano em mundos potencialmente habitáveis num futuro não muito distante," disse Line.
O que Line e a equipa esperam fazer a seguir é repetir esta análise para muitos mais planetas e construir uma "amostra" de medições atmosféricas com pelo menos mais 15 planetas.
"Estamos agora no ponto em que podemos obter precisões de abundâncias de gás comparáveis às dos planetas no nosso próprio Sistema Solar. Medir a abundância de carbono e oxigénio (e outros elementos) nas atmosferas de uma amostra maior de exoplanetas fornece o contexto muito necessário para a compreensão das origens e da evolução dos nossos próprios gigantes gasosos como Júpiter e Saturno," disse Line.
Eles também aguardam ansiosamente o que os futuros telescópios serão capazes de oferecer.
"Se podemos fazer isto com a tecnologia de hoje, pensemos no que seremos capazes de fazer com telescópios de próxima geração como o GMT (Giant Magellan Telescope)," disse Line. "É uma possibilidade real, podermos usar este mesmo método até ao final desta década para 'farejar' assinaturas potenciais de vida, que também contêm carbono e oxigénio, em planetas rochosos semelhantes à Terra para lá do nosso próprio Sistema Solar."
Ao medir o efeito Doppler ilustrado na coluna da direita desta figura, os cientistas podem reconstruir a velocidade orbital de um planeta, ao longo doo tempo, em direção ou para longe da Terra. A força do sinal do planeta, conforme mostrado na coluna do meio, ao longo da velocidade aparente esperada (curva tracejada azul) do planeta enquanto orbita a estrela, contém informações sobre a quantidade de diferentes gases na atmosfera.
Crédito: P. Smith/M. Line/S. Selkirk/ASU
