HUBBLE VÊ FORMAÇÃO DE NOVA ATMOSFERA NUM EXOPLANETA ROCHOSO 16 de março de 2021
Impressão de artista do exoplaneta GJ 1132 b.
Crédito: NASA, ESA e R. Hurt (IPAC/Caltech)
Pela primeira vez, cientistas usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA encontraram evidências de atividade vulcânica a reformar a atmosfera de um planeta rochoso em redor de uma estrela distante. O planeta, GJ 1132 b, tem densidade, tamanho e idade semelhante à da Terra.
O planeta GJ 1132 b parece ter começado a sua vida como um mundo gasoso com uma espessa camada atmosférica. Começando com várias vezes o raio da Terra, este chamado "sub-Neptuno" perdeu rapidamente a sua atmosfera primordial de hidrogénio e hélio, que foi despojada pela intensa radiação da sua estrela jovem e quente. Num curto período de tempo, foi reduzido a um núcleo despido do tamanho da Terra.
Para a surpresa dos astrónomos, novas observações pelo Hubble descobriram uma atmosfera secundária que substituiu a primeira atmosfera do planeta. É rica em hidrogénio, cianeto de hidrogénio, metano e amónia, e também possui uma neblina de hidrocarbonetos. Os astrónomos teorizam que o hidrogénio da atmosfera original foi absorvido pelo manto de magma derretido do planeta e agora está a ser lentamente libertado pelo vulcanismo para formar uma nova atmosfera. Esta segunda atmosfera, que continua a vazar para o espaço, está continuamente a ser reabastecida pelo reservatório de hidrogénio no magma do manto.
"Esta segunda atmosfera vem da superfície e interior do planeta e, portanto, é uma janela para a geologia de outro mundo," explicou o membro da equipa Paul Rimmer, da Universidade de Cambridge no Reino Unido. "É preciso muito mais trabalho a fim de o examinar adequadamente, mas a descoberta desta 'janela' é de grande importância."
"Ao início pensámos que estes planetas altamente irradiados seriam demasiado enfadonhos porque acreditávamos que tinham perdido as suas atmosferas," disse Raissa Estrela, membro da equipa e do JPL no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, EUA. "Mas examinámos as observações existentes deste planeta com o Hubble e percebemos que tem uma atmosfera."
"Quantos planetas terrestres não começam como terrestres? Alguns podem começar como sub-Neptunos e tornam-se terrestres por meio de um mecanismo pelo qual a radiação evapora a atmosfera primordial. Este processo funciona no início da vida de um planeta, quando a estrela é mais quente," disse Mark Swain, membro da equipa e também do JPL. "Então, a estrela arrefece e o planeta permanece. Temos este mecanismo que pode 'cozer' a atmosfera nos primeiros 100 milhões de anos, e as coisas depois acalmam-se. Se conseguir regenerar a atmosfera, talvez consiga então mantê-la."
Em alguns aspetos, GJ 1132 b tem vários paralelos com a Terra, mas noutros é também muito diferente. Ambos têm densidades semelhantes, tamanhos semelhantes e idades semelhantes, com cerca de 4,5 mil milhões de anos. Ambos começaram com uma atmosfera dominada pelo hidrogénio, ambos eram quentes e arrefeceram. O trabalho da equipa até sugere que GJ 1132 b e a Terra têm pressão atmosférica semelhante à superfície.
No entanto, as histórias de formação dos planetas são profundamente diferentes. Não se pensa que a Terra seja o núcleo sobrevivente de um sub-Neptuno. E a Terra orbita a uma distância confortável do nosso Sol, uma anã amarela. GJ 1132 b está tão perto da sua estrela anã vermelha que completa uma órbita a cada dia e meio. Esta proximidade extrema mantém GJ 1132 b em bloqueio de marés, mostrando sempre a mesma face para a sua estrela - assim como a nossa Lua mantém um hemisfério permanentemente voltado para a Terra.
"A questão é: o que mantém o manto quente o suficiente para permanecer líquido e alimentar o vulcanismo? perguntou Swain. "Este sistema é especial porque proporciona bastante aquecimento de marés."
O fenómeno do aquecimento de marés ocorre através de atrito, quando a energia da órbita e rotação de um planeta é dispersa como calor dentro do planeta. GJ 1132 b tem uma órbita elíptica, e as forças das marés que atuam sobre ele são mais fortes quando está mais próximo ou mais distante da sua estrela hospedeira. Pelo menos um outro planeta no sistema também exerce uma atração gravitacional sobre o planeta. As consequências são que o planeta é comprimido ou esticado por esse "bombeamento" gravitacional. Este aquecimento de marés mantém o manto líquido por muito tempo. Um exemplo próximo no nosso próprio Sistema Solar é a lua de Júpiter, Io, que tem vulcanismo contínuo como resultado de um "jogo da corda" entre Júpiter e as vizinhas luas jovianas.
A equipa pensa que a crosta de GJ 1132 b é extremamente fina, talvez com apenas centenas de metros de espessura. É demasiado fraca para suportar algo que se pareça com montanhas vulcânicas. O seu terreno plano também pode ser rachado como uma casca de voo pelo aquecimento de marés. O hidrogénio e outros gases podem ser libertados por meio dessas fissuras.
"Esta atmosfera, se for fina - ou seja, se tiver uma pressão de superfície semelhante à da Terra - provavelmente significa que podemos ver até ao solo em comprimentos de onda infravermelhos. Isso significa que se os astrónomos usarem o Telescópio Espacial James Webb para observar este planeta, existe a possibilidade de que não vejam o espectro da atmosfera, mas sim o espectro da superfície," explicou Swain. "E se existirem lagos de magma ou vulcanismo, essas áreas serão mais quentes. Isso vai gerar mais emissão e, portanto, estarão potencialmente a olhar para atividade geológica real - o que é excitante!"
Este resultado é significativo porque dá aos cientistas exoplanetários uma maneira de descobrir algo sobre a geologia de um planeta a partir da sua atmosfera," acrescentou Rimmer. "Também é importante para entender onde os planetas rochosos - Mercúrio, Vénus, Terra e Marte encaixam no quadro mais amplo da planetologia comparativa, em termos da disponibilidade de hidrogénio vs. oxigénio na atmosfera."
Este gráfico mostra o espectro da atmosfera de um planeta rochoso do tamanho da Terra, GJ 1132 b, sobreposto a uma impressão de artista do planeta.
A linha laranja representa o espectro do modelo. Em comparação, o espectro observado é visto como os pontos azuis que representam a média de pontos de dados, juntamente com as suas barras de erro.
A sua análise é consistente com GJ 1132 b tendo predominantemente uma atmosfera de hidrogénio com uma mistura de metano e cianeto de hidrogénio. O planeta também possui aerossóis que provocam a dispersão de luz.
Esta é a primeira vez que uma denominada "segunda atmosfera", reabastecida depois do planeta ter perdido a sua atmosfera primordial, foi detetada num mundo para lá do nosso Sistema Solar.
Crédito: NASA, ESA e P. Jeffries (STScI)
O exoplaneta rochoso GJ 1132 b, parecido em tamanho e densidade com a Terra, possui uma atmosfera fina composta por gases vulcânicos. Os cientistas dizem que GJ 1132 b, em órbita de uma anã vermelha a cerca de 41 anos-luz de distância, tem características em comum com mundos do nosso próprio Sistema Solar, bem como grandes diferenças. A sua aparência nublada pode assemelhar-se à de Titã, a maior lua de Saturno, a única lua do Sistema Solar com uma atmosfera substancial - embora Titã seja muito mais fria. A nossa própria Terra pode ter tido uma aparência idêntica no início da sua história, embora ao contrário do nosso planeta seja demasiado quente para ser habitável. E GJ 1132 b provavelmente tem uma "atmosfera secundária", criada por atividade vulcânica depois da sua primeira atmosfera de hidrogénio e hélio ter sido arrancada pela radiação da estrela anã vermelha.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre
