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OBSERVAÇÕES DO HUBBLE UTILIZADAS PARA RESPONDER A PERGUNTAS-CHAVE SOBRE EXOPLANETAS
29 de abril de 2022

 


Observações de arquivo de 25 Júpiteres quentes pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA foram analisadas por uma equipa internacional de astrónomos, permitindo-lhes responder a cinco questões em aberto importantes para a nossa compreensão das atmosferas exoplanetárias. Entre outros achados, a equipa descobriu que a presença de óxidos e hidretos metálicos nas atmosferas exoplanetárias mais quentes estava claramente correlacionada com o facto de as atmosferas estarem termicamente invertidas.
Crédito: ESA/Hubble, N. Bartmann

 

Observações de arquivo de 25 Júpiteres quentes, pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, foram analisadas por uma equipa internacional de astrónomos, permitindo-lhes responder a cinco questões em aberto importantes para a nossa compreensão das atmosferas exoplanetárias. Entre outros achados, a equipa descobriu que a presença de óxidos e hidretos metálicos nas atmosferas exoplanetárias mais quentes estava claramente correlacionada com o facto de as atmosferas estarem termicamente invertidas.

O campo da ciência exoplanetária há muito que mudou o seu foco de apenas deteção para a caracterização, embora esta caracterização continue a ser extremamente desafiante. Até agora, a maior parte da investigação sobre a caracterização tem sido direcionada para a modelagem, ou estudos centrados num ou em alguns exoplanetas. Este novo trabalho, liderado por investigadores da UCL (University College London), utilizou a maior quantidade de dados de arquivo alguma vez examinados num único levantamento de atmosferas exoplanetárias para analisar as atmosferas de 25 exoplanetas. A maioria dos dados provém de observações feitas com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. O autor principal, Quentin Changeat, explica: "O Hubble permitiu a caracterização aprofundada de 25 exoplanetas e a quantidade de informação que aprendemos sobre a sua química e formação - graças a uma década de intensas campanhas de observação - é incrível."

A equipa científica procurou encontrar respostas a cinco questões em aberto sobre atmosferas exoplanetárias - um objetivo ambicioso que conseguiram alcançar. As suas perguntas estudaram o que o H- (o H- é um ião negativo de hidrogénio que foi formado pela dissociação de uma molécula como o H2 (hidrogénio) ou H2O (água). Estas moléculas separam-se a temperaturas muito elevadas, a mais de 2227º C) e certos metais nos podem dizer sobre a química e circulação das atmosferas exoplanetárias e sobre a formação planetária. Escolheram investigar uma vasta gama de Júpiteres quentes, com a intenção de identificar tendências dentro da sua população de amostras que possam fornecer uma visão mais geral das atmosferas exoplanetárias. O colíder do estudo, Billy Edwards da UCL e do CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives) disse: "O nosso estudo marca um ponto de viragem para o campo: estamos agora a passar da caracterização de atmosferas exoplanetárias individuais para a caracterização de populações atmosféricas."

A fim de investigar a sua amostra de 25 exoplanetas, a equipa reanalisou uma enorme quantidade de dados de arquivo, consistindo em 600 horas de observações do Hubble, que complementaram com mais de 400 horas de observações pelo Telescópio Espacial Spitzer. Os seus dados continham eclipses para todos os 25 exoplanetas e trânsitos para 17 deles. Um eclipse ocorre quando um exoplaneta passa atrás da sua estrela do ponto de vista da Terra, e um trânsito ocorre quando um planeta passa em frente da sua estrela. Tanto os dados dos eclipses como os dados dos trânsitos podem fornecer informações cruciais sobre a atmosfera de um exoplaneta.

 

O levantamento em grande escala produziu resultados, com a equipa capaz de identificar algumas tendências e correlações claras entre as composições atmosféricas e o comportamento observado. Algumas das suas principais descobertas relacionavam-se com a presença ou ausência de inversões térmicas (uma inversão térmica é um fenómeno natural onde a atmosfera de um planeta ou exoplaneta não arrefece de forma estável com o aumento da altitude, mas em vez disso inverte do arrefecimento para o aquecimento a uma altitude mais elevada. Pensa-se que as inversões térmicas ocorrem devido à presença de certas espécies metálicas na atmosfera. Por exemplo, a atmosfera da Terra tem uma inversão atmosférica que se deve à presença do ozono (O3)) nas atmosferas da sua amostra de exoplanetas. Constataram que quase todos os exoplanetas com atmosfera termicamente invertida eram extremamente quentes, com temperaturas superiores a 2000 Kelvin. É importante notar que isto é suficientemente quente para que as espécies metálicas TiO (óxido de titânio), VO (óxido de vanádio) e FeH (hidreto de ferro) sejam estáveis numa atmosfera. Dos exoplanetas com inversões térmicas, verificou-se que quase todos tinham H-, TiO, VO ou FeH nas suas atmosferas.

É sempre um desafio tirar inferências de tais resultados, porque a correlação não implica necessariamente causalidade. No entanto, a equipa foi capaz de propor um argumento convincente para que a presença de H-, TiO, VO ou FeH pudesse levar a uma inversão térmica - nomeadamente que todas estas espécies metálicas absorvem muito eficazmente a luz estelar. Pode ser que as atmosferas exoplanetárias suficientemente quentes para sustentar estes elementos tendam a ser termicamente invertidas, pois absorvem tanta luz estelar que as suas atmosferas superiores aquecem ainda mais. Por outro lado, a equipa também descobriu que os Júpiteres quentes mais frios (com temperaturas inferiores a 2000 K e, portanto, sem H-, TiO, VO ou FeH nas suas atmosferas) quase nunca tiveram atmosferas termicamente invertidas.

Um aspeto significativo desta investigação foi que a equipa conseguiu utilizar uma grande amostra de exoplanetas e uma quantidade extremamente grande de dados para determinar tendências, que podem ser utilizadas para prever o comportamento noutros exoplanetas. Isto é extremamente útil, porque proporciona uma visão de como os planetas se podem formar e também porque permite que outros astrónomos planeiem mais eficazmente observações futuras. Inversamente, se um artigo científico se debruçar num único exoplaneta em grande detalhe, embora isso seja valioso, é muito mais difícil extrapolar tendências a partir dele. Uma melhor compreensão das populações de exoplanetas poderia também aproximar-nos da resolução de mistérios em aberto sobre o nosso próprio Sistema Solar. Changeat acrescenta: "Muitas questões como as origens da água na Terra, a formação da Lua e as diferentes histórias evolutivas da Terra e de Marte, ainda estão por resolver apesar da nossa capacidade em obter medições in-situ. Grandes estudos populacionais de exoplanetas, como o que aqui apresentamos, visam a compreensão desses processos gerais."

 

 

 

// ESA (comunicado de imprensa)
// ESA/Hubble (comunicado de imprensa)
// UCL (comunicado de imprensa)
// NAOJ (comunicado de imprensa)
// NVIDIA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Supplement Series)
// Artigo científico (arXiv.org)
// Hubble ajuda a responder a perguntas-chave sobre exoplanetas (HubbleESA via YouTube)
// Hubblecast 121: o que podemos aprender sobre trânsitos exoplanetários? (HubbleESA via YouTube)

Saiba mais

Júpiter quente:
Wikipedia

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Enciclopédia dos Planetas Extrasolares

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
Hubblesite
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais

Telescópio Espacial Spitzer:
Caltech
NASA
Centro Científico Spitzer 
Wikipedia

 
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