Embora não orbitem em torno do nosso Sol, os sub-Neptunos são o tipo mais comum de exoplanetas - ou planeta para lá do nosso Sistema Solar - observados na nossa Galáxia. Estes planetas gasosos mais pequenos que os nossos gigantes estão envoltos em mistério... e muitas vezes, em muita neblina. Agora, ao observar o exoplaneta TOI-421 b, o Telescópio Espacial James Webb da NASA está a ajudar os cientistas a compreender os sub-Neptunos de uma forma que não era possível antes do lançamento do telescópio.

"Esperei toda a minha carreira pelo Webb para que pudéssemos caracterizar de forma significativa as atmosferas destes planetas mais pequenos", disse a investigadora principal Eliza Kempton da Universidade de Maryland, College Park, EUA. "Ao estudar as suas atmosferas, estamos a compreender melhor como os sub-Neptunos se formaram e evoluíram, e parte disso é compreender porque não existem no nosso Sistema Solar".

Pequenos, frios, envoltos em neblina

A existência de sub-Neptunos era inesperada antes de terem sido descobertos pelo telescópio espacial Kepler da NASA na década passada. Agora, os astrónomos estão a tentar perceber de onde vieram estes planetas e porque são tão comuns.

Antes do Webb, os cientistas tinham muito pouca informação sobre eles. Embora os sub-Neptunos sejam algumas vezes maiores do que a Terra, são ainda muito mais pequenos do que os planetas gigantes gasosos e tipicamente mais frios do que os Júpiteres quentes, o que torna a sua observação muito mais difícil do que a dos seus homólogos gigantes gasosos.

Uma importante descoberta anterior ao Webb foi que a maioria das atmosferas dos sub-Neptunos tinha espetros de transmissão simples ou sem características. Isto significa que quando os cientistas observavam o espetro do planeta à medida que este passava em frente da sua estrela hospedeira, em vez de verem características espetrais - as impressões digitais químicas que revelariam a composição da atmosfera - viam apenas um espetro achatado. Os astrónomos concluíram, a partir de todos esses espetros, que pelo menos certos sub-Neptunos estavam provavelmente muito obscurecidos por nuvens ou neblinas.

Um espetro de transmissão captado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA revela substâncias químicas na atmosfera do sub-Neptuno quente TOI-421 b. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Um tipo diferente de sub-Neptuno?

"Porque é que observámos este planeta, TOI-421 b? Porque pensámos que talvez não tivesse neblinas", disse Kempton. "E a razão é que existiam alguns dados anteriores que implicavam que talvez os planetas numa determinada gama de temperaturas estivessem menos envoltos em neblina ou nuvens do que outros".

Esse limiar de temperatura é de cerca de 570º C. Abaixo dessa temperatura, os cientistas colocaram a hipótese de ocorrer um conjunto complexo de reações fotoquímicas entre a luz solar e o gás metano, o que provocaria a neblina. Mas os planetas mais quentes não deveriam ter metano e, portanto, talvez não devessem ter neblina.

A temperatura de TOI-421 b é de cerca de 720 graus Celsius, muito acima do presumível limiar. Sem neblina ou nuvens, os investigadores esperavam ver uma atmosfera clara - e viram-na!

Uma descoberta surpreendente

"Vimos características espetrais que atribuímos a vários gases, o que nos permitiu determinar a composição da atmosfera", disse Brian Davenport, da Universidade de Maryland, estudante no seu terceiro ano de doutoramento que realizou a análise dos dados primários. "Ao passo que com muitos dos outros sub-Neptunos que tinham sido observados anteriormente, sabemos que as suas atmosferas são feitas de alguma coisa, mas estão a ser bloqueadas por neblina.”

A equipa encontrou vapor de água na atmosfera do planeta, bem como assinaturas provisórias de monóxido de carbono e dióxido de enxofre. Depois, há moléculas que não foram detetadas, como o metano e o dióxido de carbono. A partir dos dados, podem também inferir que existe uma grande quantidade de hidrogénio na atmosfera de TOI-421 b.

A atmosfera leve de hidrogénio foi a grande surpresa para os investigadores. "Tínhamos recentemente compreendido que os primeiros sub-Neptunos observados pelo Webb tinham atmosferas de moléculas pesadas, o que se tornou a nossa expetativa, e depois descobrimos o contrário", disse Kempton. Isto sugere que TOI-421 b pode ter sido formado e evoluído de forma diferente dos sub-Neptunos mais frios observados anteriormente.

TOI-421 b é único?

A atmosfera dominada pelo hidrogénio é também interessante porque imita a composição da estrela hospedeira de TOI-421 b. "Se pegássemos no mesmo gás que formou a estrela hospedeira, o colocássemos em cima da atmosfera de um planeta e o colocássemos à temperatura muito mais fria deste planeta, obteríamos a mesma combinação de gases. Este processo está mais de acordo com os planetas gigantes do nosso Sistema Solar, e é diferente de outros sub-Neptunos que foram observados com o Webb até agora", disse Kempton.

Para além de ser mais quente do que outros sub-Neptunos observados anteriormente com o Webb, TOI-421 b orbita uma estrela semelhante ao Sol. A maioria dos outros sub-Neptunos que foram observados até agora orbitam estrelas mais pequenas e frias, chamadas anãs vermelhas.

Será TOI-421 b emblemático dos sub-Neptunos quentes que orbitam estrelas semelhantes ao Sol, ou apenas demonstrativo de que os exoplanetas são muito diversos? Para descobrir, os investigadores gostariam de observar mais sub-Neptunos quentes para determinar se este é um caso único ou uma tendência mais alargada. Esperam obter informações sobre a formação e evolução destes exoplanetas comuns.

"Revelámos uma nova forma de olhar para estes sub-Neptunos", disse Davenport. "Estes planetas quentes são passíveis de caracterização. Por isso, ao olharmos para sub-Neptunos com esta temperatura, talvez seja mais provável que aceleremos a nossa capacidade de aprender mais sobre estes planetas".

As descobertas da equipa foram publicadas no dia 5 de maio na revista The Astrophysical Journal Letters.

// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Universidade de Maryland (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
17/11/2023 - Dados do Kepler revelam a possível razão pela qual alguns exoplanetas estão a encolher

TOI-421 b:
NASA
ipac
Exoplanet.eu
Wikipedia

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Wikipedia
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Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
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Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
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