Investigadores, recorrendo ao Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, detetaram indícios de nanocristais de quartzo nas nuvens de alta altitude de WASP-17 b, um Júpiter quente a 1300 anos-luz da Terra. A deteção, que só foi possível com o MIRI (Mid-Infrared Instrument), marca a primeira vez que partículas de sílica (SiO2) foram detetadas na atmosfera de um exoplaneta.

"Ficámos encantados!" disse David Grant, investigador da Universidade de Bristol, no Reino Unido, primeiro autor de um artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. "Sabíamos, pelas observações do Hubble, que deviam haver aerossóis - partículas minúsculas que formam nuvens ou neblinas - na atmosfera de WASP-17 b, mas não esperávamos que fossem feitos de quartzo."

Os silicatos (minerais ricos em silício e oxigénio) constituem a maior parte da Terra e da Lua, bem como de outros objetos rochosos do nosso Sistema Solar, e são extremamente comuns em toda a Galáxia. Mas os grãos de silicatos anteriormente detetados nas atmosferas de exoplanetas e das anãs castanhas parecem ser constituídos por silicatos ricos em magnésio, como a olivina e a piroxena, e não apenas por quartzo - que é SiO2 puro.

O resultado desta equipa, que também inclui investigadores do Centro de Investigação Ames e do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, dá uma nova orientação à nossa compreensão de como as nuvens dos exoplanetas se formam e evoluem. "Esperávamos ver silicatos de magnésio", disse a coautora Hannah Wakeford, também da Universidade de Bristol. "Mas o que estamos a ver em vez disso são provavelmente os blocos de construção desses silicatos, as minúsculas partículas 'sementes' necessárias para formar os grãos de silicato maiores que detetamos em exoplanetas mais frios e nas anãs castanhas."

Detetando variações subtis

Com um volume mais de sete vezes superior ao de Júpiter e uma massa inferior a metade da de Júpiter, WASP-17 b é um dos maiores e mais inchados exoplanetas conhecidos. Este facto, juntamente com o seu curto período orbital de apenas 3,7 dias terrestres, torna o planeta ideal para a espetroscopia de transmissão: uma técnica que envolve a medição dos efeitos de filtragem e dispersão da luz da estrela pela atmosfera de um planeta.

O Webb observou o sistema WASP-17 durante quase 10 horas, recolhendo mais de 1275 medições do brilho da luz infravermelha média entre 5 e 12 micrómetros quando o planeta passou em frente da sua estrela. Ao subtrair o brilho de cada um dos comprimentos de onda da luz que chegou ao telescópio quando o planeta estava em trânsito, do brilho da estrela por si só, a equipa conseguiu calcular a quantidade de cada comprimento de onda bloqueado pela atmosfera do planeta.

O que surgiu foi uma "protuberância" inesperada a 8,6 micrómetros, uma caraterística que não seria esperada se as nuvens fossem feitas de silicatos de magnésio ou outros possíveis aerossóis de alta temperatura, como o óxido de alumínio, mas que faz todo o sentido se forem feitas de quartzo.

Um espetro de transmissão do exoplaneta WASP-17 b, um gigante de gás, captado pelo MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Telescópio Espacial James Webb da NASA, nos dias 12-13 de março de 2023, revela a primeira evidência de quartzo (sílica cristalina, SiO2) nas nuvens de um exoplaneta. Esta é a primeira vez que o SiO2 é identificado num exoplaneta e a primeira vez que uma espécie específica de nuvem é identificada num exoplaneta em trânsito. Crédito: NASA, ESA, CSA e R. Crawford (STSI); ciência - Nikole Lewis (Universidade de Cornell), David Grant (Universidade de Bristol), Hannah Wakeford (Universidade de Bristol)

Cristais, nuvens e ventos

Embora estes cristais sejam provavelmente semelhantes em forma aos prismas hexagonais pontiagudos encontrados em geodos e lojas de pedras preciosas na Terra, cada um tem apenas cerca de 10 nanómetros de diâmetro - um milionésimo de um centímetro.

"Os dados do Hubble desempenharam um papel fundamental na determinação do tamanho destas partículas", explicou a coautora Nikole Lewis, da Universidade de Cornell, que lidera o programa GTO (Guaranteed Time Observation) do Webb, concebido para ajudar a construir uma visão tridimensional da atmosfera de um Júpiter quente. "Sabemos que há sílica apenas com os dados MIRI do Webb, mas precisávamos das observações do Hubble no visível e no infravermelho próximo para contexto, para descobrir o tamanho dos cristais."

Ao contrário das partículas minerais encontradas nas nuvens da Terra, os cristais de quartzo detetados nas nuvens de WASP-17 b não são varridos de uma superfície rochosa. Em vez disso, têm origem na própria atmosfera. "WASP-17 b é extremamente quente - cerca de 1500 graus Celsius - e a pressão onde se formam no alto da atmosfera é apenas cerca de um milésimo da que temos na superfície da Terra", explicou Grant. "Nestas condições, os cristais sólidos podem formar-se diretamente a partir do gás, sem passar primeiro por uma fase líquida".

Compreender de que são feitas as nuvens é crucial para compreender o planeta como um todo. Júpiteres quentes como WASP-17 b são feitos principalmente de hidrogénio e hélio, com pequenas quantidades de outros gases como o vapor de água e dióxido de carbono. "Se considerarmos apenas o oxigénio contido nestes gases e não incluirmos todo o oxigénio contido em minerais como o quartzo (SiO2), iremos subestimar significativamente a abundância total", explicou Wakeford. "Estes belos cristais de sílica dizem-nos mais sobre o inventário de diferentes materiais e de como todos eles se juntam para moldar o ambiente deste planeta".

É difícil determinar com exatidão a quantidade de quartzo existente e quão pervasivas são as nuvens. "As nuvens estão provavelmente presentes ao longo da transição dia/noite (o terminador), que é a região que as nossas observações sondam", disse Grant. Dado que o planeta tem acoplamento de marés, com um lado diurno muito quente e um lado noturno mais frio, é provável que as nuvens circulem à volta do planeta, mas vaporizem quando atingem o lado diurno mais quente. "Os ventos podem estar a mover estas pequenas partículas vítreas a milhares de quilómetros por hora".

WASP-17 b é um dos três planetas visados pelas investigações da equipa DREAMS (Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy) do JWST, que foram concebidas para reunir um conjunto abrangente de observações de um representante de cada classe chave de exoplanetas: um Júpiter quente, um Neptuno quente e um planeta rochoso temperado. As observações MIRI do Júpiter quente WASP-17 b foram efetuadas como parte do programa 1353 do GTO.

// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Universidade de Bristol (comunicado de imprensa)
// Universidade de Cornell (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
15/12/2015 - Mistério da água em falta resolvido em estudo compreensivo de exoplanetas
06/12/2013 - Hubble descobre sinais subtis de água em mundos nublados

Notícias relacionadas:
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WASP-17 b:
NASA
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Quartzo (SiO2):
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