Uma equipa internacional de astrónomos utilizou recentemente o GHOST, o novo espetrógrafo de alta resolução do telescópio Gemini South, para observar um Júpiter ultraquente - uma antítese escaldante do planeta Júpiter do nosso Sistema Solar. Este primeiro trânsito exoplanetário de alta resolução observado pelo GHOST mostra a sua incrível aptidão para estudar a natureza 3D das atmosferas de mundos distantes.

Na caça aos exoplanetas, muitos procuram mundos habitáveis. Há conforto em descobrir planetas que nos fazem lembrar a nossa casa - aqueles que estão a uma distância perfeita da sua estrela hospedeira, com oceanos de água a cobrir as suas superfícies e atmosferas respiráveis. Alguns astrofísicos, no entanto, estão curiosos acerca de um tipo de exoplaneta completamente diferente: o traiçoeiro Júpiter quente. Uma dessas cientistas é Emily Deibert, bolseira do Gemini South no Chile, uma metade do Observatório Internacional Gemini.

O Júpiter ultraquente chamado HAT-P-70 b foi o foco de um estudo recente realizado no Gemini South, liderado por Adam Langeveld, investigador assistente na Universidade John Hopkins, com uma equipa de astrónomos incluindo Deibert. Os resultados deste estudo foram apresentados num artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

A investigação da equipa utilizou um novo instrumento do telescópio Gemini South chamado GHOST (Gemini High-resolution Optical SpecTrograph). O GHOST é um instrumento poderoso que tem a capacidade de observar uma vasta gama de comprimentos de onda em simultâneo. Pode também efetuar observações com elevada eficiência e obter uma resolução de classe mundial. Estas capacidades permitiram à equipa penetrar profundamente na atmosfera de HAT-P-70 b, onde descobriram ventos que sopram a velocidades incríveis.

Os Júpiteres quentes são gigantes gasosos semelhantes ao nosso Júpiter em tamanho, mas que diferem muito em termos de temperamento. Estão muito mais próximos das suas estrelas hospedeiras do que o nosso vizinho planetário, o que lhes confere propriedades físicas notavelmente diferentes. Para ilustrar as suas distâncias, o nosso Júpiter demora quase 12 anos a orbitar o Sol, enquanto os Júpiteres quentes demoram 10 dias ou menos. Alguns foram mesmo observados a completar uma translação em torno dos seus sóis em menos de um dia.

Orbitar a uma distância tão próxima dá a estes planetas temperaturas incrivelmente elevadas, daí o seu nome. Sofrem muitas vezes acoplamento de maré, o que significa que têm um lado constantemente virado para a sua estrela, experienciando um "dia" extremamente quente, e um lado constantemente virado para longe da estrela, experienciando uma "noite" mais fria.

Emily Deibert em frente do GHOST no Observatório Internacional Gemini. Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/V. Chan

HAT-P-70 b é um planeta muito "inchado", com um raio quase duas vezes superior ao de Júpiter. Está tão perto da sua estrela hospedeira que a sua órbita é de 2,7 dias terrestres e tem uma temperatura de cerca de 2300° C, o que faz dele um dos planetas mais quentes conhecidos até à data. As temperaturas extremas conferem a este Júpiter ultraquente uma atmosfera exótica com um conjunto diversificado de átomos e iões metálicos e gasosos.

"Estas atmosferas ultraquentes são laboratórios ideais para estudar exoplanetas a uma escala mais alargada devido à fantástica oportunidade de detetar e estudar múltiplas espécies químicas", explica Langeveld. "Ao medir as quantidades de diferentes elementos - especialmente comparando elementos 'rochosos' como o cálcio e o ferro com elementos 'gelados' como a água e o carbono - podemos aprender como se formaram e evoluíram".

Para estudar a atmosfera de HAT-P-70 b, a equipa observou o planeta em trânsito, ou a passar em frente da sua estrela hospedeira. À medida que a luz da estrela atravessa a atmosfera do planeta, as substâncias químicas presentes na atmosfera agem como um filtro que absorve comprimentos de onda específicos da luz. Usando espetroscopia - um método de observação em que a luz de um objeto é espalhada num espetro - a equipa pode determinar quais os elementos existentes na atmosfera, identificando os padrões de linhas de absorção que aparecem no espetro.

Na atmosfera de HAT-P-70 b, a equipa detetou assinaturas de cálcio ionizado - uma forma gasosa e altamente energética de cálcio que só pode existir em ambientes de calor incrivelmente intenso. Descobriram que o sinal de cálcio se estende por dezenas de milhares de quilómetros na atmosfera superior. Mas o mais importante é que a incrível sensibilidade do GHOST permitiu-lhes "resolver" o sinal de cálcio no tempo. Isto significa que puderam seguir a forma como a absorção de cálcio muda do lado diurno para o lado noturno do planeta.

Deibert partilha a sua experiência de análise atmosférica de HAT-P-70 b: "Ficámos surpreendidos com a sensibilidade excecional do GHOST, que nos permitiu medir variações mínimas nas linhas de absorção individuais do cálcio ionizado, fornecendo assim informação sobre diferentes regiões da atmosfera. Este nível de detalhe tem sido tradicionalmente difícil de alcançar em estudos de exoplanetas, especialmente para linhas de absorção individuais em espetros de transmissão".

A partir destas observações, a equipa determinou que HAT-P-70 b alberga ventos poderosos que viajam do escaldante lado diurno para o lado noturno mais frio a velocidades até 18.000 quilómetros por hora. Também usaram os sinais detetados para inferir a massa do planeta, revelando que é provavelmente muito mais leve do que se pensava anteriormente - um parâmetro crucial para futuras comparações das atmosferas ultraquentes de Júpiter.

"Este nível de detalhe só é possível com os espetrógrafos mais avançados", diz Langeveld, "tornando o GHOST um dos poucos instrumentos no mundo capaz de tais medições".

Deibert acrescenta: "Este estudo mostra que o GHOST tem o potencial de dar grandes contribuições para o avanço da nossa compreensão da natureza 3D das atmosferas dos exoplanetas, para as quais ainda há muitas perguntas sem resposta".

// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

HAT-P-70 b:
NASA
ipac
Exoplanet.eu

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu

Observatório Internacional Gemini:
Página principal
Wikipedia
GHOST (Gemini High-resolution Optical SpecTrograph)