Centro de Voo Espacial Goddard
Por que o exoplaneta gigante de gás quente WASP-107 b está tão inchado? Duas equipes independentes de pesquisadores têm uma resposta.
Os dados coletados usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, combinados com observações anteriores do Telescópio Espacial Hubble da NASA, mostram surpreendentemente pouco metano (CH4) na atmosfera do planeta, indicando que o interior do WASP-107 b deve ser significativamente mais quente e o núcleo muito mais massivo do que o estimado anteriormente.
Acredita-se que a temperatura inesperadamente alta seja resultado do aquecimento das marés causado pela órbita ligeiramente não circular do planeta, e pode explicar como o WASP-107 b pode ser tão inflado sem recorrer a teorias extremas de como se formou.
Os resultados, que foram possíveis graças à extraordinária sensibilidade de Webb e à capacidade de medir a luz que passa através das atmosferas dos exoplanetas, podem explicar o inchaço de dezenas de exoplanetas de baixa densidade, ajudando a resolver um mistério de longa data na ciência dos exoplanetas.
Em mais de três quartos do volume de Júpiter, mas menos de um décimo da massa, o exoplaneta “Neptuno quente” WASP-107 b é um dos planetas menos densos conhecidos. Enquanto os planetas inchados não são incomuns, a maioria é mais quente e mais massiva e, portanto, mais fácil de explicar.
“Com base em seu raio, massa, idade e temperatura interna assumida, pensamos que WASP-107 b tinha um núcleo rochoso muito pequeno cercado por uma enorme massa de hidrogênio e hélio”, explicou Luis Welbanks, da Arizona State University (ASU), autor principal de um artigo publicado hoje na Nature. “Mas era difícil entender como um núcleo tão pequeno poderia varrer tanto gás e, em seguida, parar de crescer totalmente em um planeta de massa de Júpiter.”
Se o WASP-107 b tiver mais massa no núcleo, a atmosfera deveria ter se contraído à medida que o planeta esfriava ao longo do tempo desde que se formou. Sem uma fonte de calor para re-expandir o gás, o planeta deve ser muito menor. Embora o WASP-107 b tenha uma distância orbital de apenas 5 milhões de milhas (um sétimo da distância entre Mercúrio e o Sol), ele não recebe energia suficiente de sua estrela para ser tão inflado.
“O WASP-107 b é um alvo tão interessante para o Webb porque é significativamente mais frio e mais parecido com Netuno em massa do que muitos dos outros planetas de baixa densidade, os Júpiteres quentes, estamos estudando”, disse David Sing, da Universidade Johns Hopkins (JHU), autor principal de um estudo paralelo também publicado hoje na Nature. “Como resultado, devemos ser capazes de detectar metano e outras moléculas que podem nos dar informações sobre sua química e seu planeta interno”.
O raio gigante do WASP-107 b, a atmosfera estendida e a órbita de borda a tornam ideal para espectroscopia de transmissão, um método usado para identificar os vários gases em uma atmosfera de exoplanetas com base em como eles afetam a luz das estrelas.
Combinando observações do NIRCam (Câmera de infravermelho próximo) do Webb, do MIRI (Instrumento de infravermelho médio) do Webb e do WFC3 (Câmera de campo largo 3) do Hubble, a equipe do Welbanks conseguiu construir um amplo espectro de luz de 0,8 a 12,2 mícrons, absorvida pela atmosfera do WASP-107 b.
A precisão dos dados torna possível não apenas detectar, mas realmente medir a abundância de uma riqueza de moléculas, incluindo vapor de água (H2O), metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO2), dióxido de enxofre (SO2) e amônia (NH3).
Ambos os espectros mostram uma surpreendente falta de metano na atmosfera de WASP-107 b: um milésimo da quantidade esperada com base em sua temperatura assumida.
“Esta é a evidência de que o gás quente das profundezas do planeta deve estar se misturando vigorosamente com as camadas mais frias mais altas”, explicou Sing. “O metano é instável em altas temperaturas. O fato de termos detectado tão pouco, mesmo que tenhamos detectado outras moléculas portadoras de carbono, nos diz que o interior do planeta deve ser significativamente mais quente do que pensávamos.”
Uma provável fonte de energia interna extra do WASP-107 b é o aquecimento de maré causado por sua órbita ligeiramente elíptica. Com a distância entre a estrela e o planeta mudando continuamente ao longo da órbita de 5,7 dias, a atração gravitacional também está mudando, esticando o planeta e aquecendo-o.
Os pesquisadores haviam proposto anteriormente que o aquecimento de marés poderia ser a causa do inchaço do WASP-107 b, mas até os resultados do Webb, não havia evidências.
Uma vez que eles estabeleceram que o planeta tem calor interno suficiente para agitar completamente a atmosfera, as equipes perceberam que o espectro também poderia fornecer uma nova maneira de estimar o tamanho do núcleo.
“Se sabemos quanta energia há no planeta, e sabemos que proporção do planeta são elementos mais pesados como carbono, nitrogênio, oxigênio e enxofre, versus quanto é hidrogênio e hélio, podemos calcular quanta massa deve estar no núcleo”, explicou Daniel Thorngren, da JHU.
Acontece que o núcleo é pelo menos duas vezes mais massivo do que o estimado originalmente, o que faz mais sentido em termos de como os planetas se formam.
Todos juntos, WASP-107 b não é tão misterioso como uma vez apareceu.
“Os dados do Webb nos dizem que planetas como o WASP-107 b não tiveram que se formar de alguma maneira estranha com um núcleo super pequeno e um enorme envelope gasoso”, explicou Mike Line da ASU. “Em vez disso, podemos pegar algo mais parecido com Netuno, com muita rocha e não tanto gás, apenas discar a temperatura e colocá-lo para olhar do jeito que ele faz”.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além para mundos distantes ao redor de outras estrelas, e sondando as misteriosas estruturas e origens do nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
Clique com o botão direito do mouse nas imagens deste artigo para abrir uma versão maior em uma nova guia / janela.Baixe imagens de resolução total para este artigo do Space Telescope Science Institute.
Laura Betz – laura.e.betznasa.gov, Rob Gutro – rob.gutronasa.govNASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Margaret Carruthers mcarruthersstsci.edu, Christine Pulliam – cpulliamstsci.eduSpace Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
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Fonte: NASA
