T. MÜLLER (MPIA/HDA - CC BY-SA)
MADRID 2 jun. (EUROPA PRESS) -
O metano e o silício atmosféricos detectados em um exoplaneta ardente quase colado à sua estrela sugerem que ele se originou em uma região análoga ao domínio de gigantes de gás e gelo do Sistema Solar.
As observações com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) forneceram novas pistas sobre como o exoplaneta WASP-121b se formou e onde ele pode ter se originado no disco de gás e poeira que circunda sua estrela. Essas descobertas resultam da detecção de várias moléculas importantes: vapor de água, monóxido de carbono, monóxido de silício e metano.
Graças a essas detecções, uma equipe liderada pelos astrônomos Thomas Evans-Soma e Cyril Gapp, do Instituto Max Planck, conseguiu compilar um inventário de carbono, oxigênio e silício na atmosfera do WASP-121b. A detecção de metano, em particular, também sugere fortes ventos verticais no lado noturno mais frio, um processo que é frequentemente ignorado nos modelos atuais.
O WASP-121b é um planeta gigante ultraquente que orbita sua estrela hospedeira a uma distância de apenas duas vezes o seu diâmetro, completando uma órbita em aproximadamente 30,5 horas. O planeta tem dois hemisférios distintos: um que está sempre orientado para a estrela hospedeira, com temperaturas localmente superiores a 3.000 graus Celsius, e um hemisfério noturno eterno, onde as temperaturas caem para 1.500 graus.
"As temperaturas no hemisfério diurno são altas o suficiente para que materiais refratários (compostos sólidos resistentes ao calor intenso) existam como componentes gasosos da atmosfera do planeta", explicou em comunicado Thomas Evans-Soma, astrônomo afiliado ao Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) em Heidelberg, Alemanha, e à Universidade de Newcastle, Austrália. Ele liderou o estudo publicado hoje na Nature Astronomy.
A equipe investigou a abundância de compostos que evaporam em temperaturas muito diferentes, fornecendo pistas sobre a formação e a evolução do planeta. "Os materiais gasosos são mais fáceis de identificar do que os líquidos e sólidos", disse Cyril Gapp, estudante do MPIA e principal autor de um segundo estudo publicado hoje no The Astronomical Journal. Como muitos compostos químicos são encontrados na forma gasosa, os astrônomos usam o WASP-121b como um laboratório natural para estudar as propriedades das atmosferas planetárias.
A equipe concluiu que o WASP-121b provavelmente acumulou a maior parte de seu gás em uma região fria o suficiente para que a água permanecesse congelada, mas quente o suficiente para que o metano (CH4) evaporasse e existisse na forma gasosa. Como os planetas se formam em um disco de gás e poeira ao redor de uma estrela jovem, essas condições ocorrem a distâncias em que a radiação estelar cria as temperaturas certas.
UMA LONGA JORNADA
Em nosso Sistema Solar, essa região fica em algum lugar entre as órbitas de Júpiter e Urano. Isso é notável, já que o WASP-121b agora orbita perigosamente perto da superfície de sua estrela hospedeira. Isso sugere que, após sua formação, ele empreendeu uma longa jornada desde as regiões geladas externas até o centro do sistema planetário.
O silício foi detectado como gás monóxido de silício (SiO), mas originalmente entrou no planeta por meio de material rochoso, como o quartzo, armazenado em planetesimais (essencialmente asteroides), depois de adquirir a maior parte de seu envelope gasoso. A formação de planetesimais leva tempo, indicando que esse processo ocorreu durante os últimos estágios do desenvolvimento planetário.
A formação dos planetas começa com partículas de poeira gelada que se unem e gradualmente se transformam em seixos de tamanho entre centímetros e metros. Elas atraem o gás circundante e pequenas partículas, acelerando seu crescimento. Esses são os germes de futuros planetas como o WASP-121b. O atrito do gás circundante faz com que os seixos em movimento se movam em espiral em direção à estrela. À medida que migram, o gelo incorporado começa a se evaporar nas regiões internas mais quentes do disco.
À medida que os planetas jovens orbitam suas estrelas hospedeiras, eles podem atingir um tamanho grande o suficiente para abrir grandes lacunas no disco protoplanetário. Isso interrompe a deriva interna dos seixos e o suprimento de gelo incorporado, mas deixa gás suficiente disponível para formar uma atmosfera estendida.
No caso do WASP-121b, isso parece ter ocorrido em um local onde os seixos de metano evaporaram, enriquecendo o gás que o planeta fornecia com carbono. Em vez disso, os seixos de água permaneceram congelados, retendo oxigênio. Esse cenário explica melhor por que Evans-Soma e Gapp observaram uma proporção maior de carbono para oxigênio na atmosfera do planeta do que em sua estrela hospedeira. O WASP-121b continuou a atrair gás rico em carbono após o fim do fluxo de seixos ricos em oxigênio, o que determinou a composição final de seu envelope atmosférico.
Conforme a temperatura de uma atmosfera muda, espera-se que as quantidades de diferentes moléculas, como metano e monóxido de carbono, variem. Nas temperaturas ultra-altas do lado diurno do WASP-121b, o metano é altamente instável e não estará presente em quantidades detectáveis. Os astrônomos determinaram que, para planetas como o WASP-121b, o gás do hemisfério diurno deve se misturar com o hemisfério noturno relativamente frio mais rápido do que a composição do gás pode se adaptar às temperaturas mais baixas. Nesse cenário, seria de se esperar que a abundância de metano fosse insignificante no hemisfério noturno, assim como no hemisfério diurno.
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