Uma equipa de astrónomos liderada por Elisabeth Matthews, do Instituto Max Planck de Astronomia, fez uma descoberta que destaca os limites da maioria dos modelos atuais das atmosferas dos exoplanetas: nuvens de gelo de água num exoplaneta distante semelhante a Júpiter, denominado Epsilon Indi Ab. A forma como as observações foram realizadas tem implicações mais amplas para a investigação exoplanetária: constitui um passo imediato e interessante no caminho para, eventualmente, encontrar e caracterizar um exoplaneta análogo à Terra.

Passo a passo rumo a uma segunda Terra

A investigação exoplanetária tem um objetivo ambicioso a longo prazo: em algum momento nas próximas décadas, os astrónomos esperam ser capazes de detetar vestígios de vida num exoplaneta. A caminho desse objetivo, a investigação exoplanetária passou por várias fases. Na primeira fase da investigação, de 1995 a cerca de 2022, o foco principal dos investigadores de exoplanetas era a deteção de cada vez mais exoplanetas, utilizando métodos indiretos que lhes forneciam informações sobre as massas de alguns exoplanetas, os diâmetros de outros e, em alguns casos, tanto a massa como o diâmetro.

Quando o Telescópio Espacial James Webb começou em sério funcionamento em 2022, a investigação exoplanetária entrou numa segunda fase: tornaram-se disponíveis informações detalhadas e de alta qualidade sobre as atmosferas de muitos exoplanetas, e os investigadores começaram a reconstruir as propriedades dessas atmosferas com algum detalhe. Isto ainda está, pelo menos, a uma etapa de distância de buscas realistas por vida em exoplanetas, que se espera que exijam a próxima geração de telescópios espaciais.

Com este novo estudo, os astrónomos estão a explorar alguns aspetos destes métodos de próxima geração – embora ainda não para um planeta como a Terra. Elisabeth Matthews (Instituto Max Planck de Astronomia), autora principal do estudo, afirma: "O JWST está finalmente a permitir-nos estudar em pormenor planetas análogos aos do Sistema Solar. Se fôssemos alienígenas, a vários anos-luz de distância, e olhássemos para o Sol, o JWST seria o primeiro telescópio que nos permitiria estudar Júpiter em detalhe. Para estudar a Terra em detalhe, precisaríamos, no entanto, de telescópios muito mais avançados".

Exo-Júpiteres esquivos

Mas, por mais surpreendentes que sejam os resultados do JWST sobre as atmosferas dos exoplanetas, estudar os análogos de Júpiter revelou-se surpreendentemente difícil. Quase todos os gigantes gasosos estudados com o Webb até agora diferem de Júpiter por serem muito, muito mais quentes – para que o método mais comum de estudar as atmosferas dos exoplanetas funcione, o planeta precisa de passar à frente da sua estrela hospedeira, da perspetiva de um observador na Terra, e a probabilidade dessa configuração é muito maior quando o planeta está mais próximo da sua estrela, o que, por sua vez, torna o planeta comparativamente mais quente. O novo estudo de Elisabeth Matthews e dos seus colegas utiliza uma técnica diferente. Nunca os observadores se aproximaram tanto de estudar um análogo de Júpiter – e há pelo menos uma surpresa!

Matthews e colegas utilizaram o instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb para obter imagens diretas do planeta Epsilon Indi Ab. As convenções de nomenclatura para exoplanetas são tais que esta designação indica o primeiro planeta descoberto a orbitar a estrela Epsilon Indi A, na constelação do Índio (no céu do hemisfério sul). Bhavesh Rajpoot, estudante de doutoramento no Instituto Max Planck de Astronomia que contribuiu para o estudo, afirma: "Este planeta tem uma massa consideravelmente maior do que Júpiter - o novo estudo fixa a sua massa em 7,6 massas de Júpiter - mas o diâmetro é aproximadamente o mesmo que o do seu primo do Sistema Solar".

Um Júpiter mais massivo e ligeiramente mais quente

Epsilon Indi Ab está a uma distância da sua estrela central cerca de quatro vezes superior à distância de Júpiter ao Sol. A própria estrela Epsilon Indi A é um pouco menos massiva e um pouco menos quente do que o nosso Sol. Isto torna a temperatura superficial de Epsilon Indi Ab muito baixa, situando-se entre os 200 e os 300 Kelvin (entre -70 e 20 graus Celsius). A razão pela qual o planeta é ligeiramente mais quente do que Júpiter (140 K) é que ainda existe muito calor remanescente da fase de formação do planeta. Ao longo dos próximos milhares de milhões de anos, Epsilon Indi Ab irá arrefecer progressivamente, acabando por se tornar mais frio do que Júpiter.

Os astrónomos utilizaram o coronógrafo do instrumento MIRI para bloquear a luz da estrela central, que, de outra forma, ofuscaria a luz muito mais fraca do planeta. Em seguida, captaram uma imagem através de um filtro muito específico: 11,3 μm, que se situa logo a seguir à região de comprimento de onda próxima dos 10,6 μm, característica das moléculas de amoníaco NH3. A comparação com imagens a 10,6 μm que Matthews e a sua equipa já tinham captado em 2024 permitiu aos astrónomos estimar a quantidade de amoníaco presente.

Evidência surpreendente de nuvens

No caso de Júpiter, tanto o gás amoníaco como as nuvens de amoníaco dominam as camadas superiores da atmosfera visíveis nas observações. Dadas as suas propriedades, pensava-se que Epsilon Indi Ab também tivesse quantidades massivas de gás amoníaco, embora não nuvens de amoníaco. Surpreendentemente, a comparação fotométrica revelou uma quantidade de amoníaco ligeiramente inferior à esperada. A melhor explicação que Matthews e os seus colegas encontraram para este défice foi a presença de espessas nuvens de gelo de água, mas irregulares, semelhantes às nuvens cirros de alta altitude na atmosfera da Terra – uma complicação inesperada!

Ao interpretar observações deste tipo, os astrónomos comparam os seus dados com simulações de atmosferas planetárias. No entanto, a maioria dos modelos publicados não inclui as nuvens, uma vez que a presença destas torna os cálculos muito mais complexos - algo que os teóricos terão claramente de resolver! James Mang (Universidade do Texas em Austin), coautor do estudo, afirma: "É um ótimo problema para se ter, e demonstra o imenso progresso que estamos a fazer graças ao JWST. O que antes parecia impossível de detetar está agora ao nosso alcance, permitindo-nos investigar a estrutura destas atmosferas, incluindo a presença de nuvens. Isto revela novas camadas de complexidade que os nossos modelos estão agora a começar a captar e abre a porta a uma caracterização ainda mais detalhada destes mundos frios e distantes".

Uma oportunidade para o Telescópio Espacial Roman

Do lado positivo, há uma oportunidade iminente para observar as nuvens de gelo de água, que são muito refletoras: o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA tem lançamento previsto para 2026-2027 e deverá ser adequado exatamente para esse tipo de observação. Entretanto, Matthews e os seus colegas estão a candidatar-se a tempo de observação com o Webb para estudar outros análogos frios de Júpiter. E, enquanto Matthews e outros astrónomos estão a aprender mais sobre exo-Júpiteres frios, as suas técnicas de observação estão a lançar as bases que, se tudo correr bem, ajudarão futuros observadores a procurar planetas semelhantes à Terra, em busca de vida.

// Sociedade Max Planck (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
26/07/2024 - Webb fotografa um novo exoplaneta frio a 12 anos-luz de distância

Epsilon Indi Ab:
NASA
Exoplanet.eu
Wikipedia

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

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