Atmosfera primitiva descoberta à volta de um “Neptuno quente”

Um estudo que combina observações dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer revelou que o planeta distante HAT-P-26b possui uma atmosfera primitiva composta quase inteiramente por hidrogénio e hélio. Localizado a cerca de 437 anos-luz de distância, HAT-P-26b orbita uma estrela quase duas vezes mais velha que o Sol.

Este é um dos estudos mais detalhados de um “Neptuno quente” realizados até à data. Um “Neptuno quente” é um planeta do tamanho de Neptuno, mas muito próximo à sua estrela. Os investigadores determinaram que a atmosfera de HAT-P-26b é relativamente limpa de nuvens e revela uma forte assinatura de água, embora o planeta não seja um mundo aquático. Esta é a melhor medição de água feita até à data num exoplaneta deste tamanho.

A descoberta no exoplaneta de uma atmosfera com esta composição tem implicações para a forma como os cientistas entendem o nascimento e o desenvolvimento dos sistemas planetários. Comparável a Neptuno e Urano, planetas do Sistema Solar aproximadamente com a mesma massa, HAT-P-26b ter-se-á formado ou mais perto da sua estrela, ou mais tarde no desenvolvimento do sistema planetário, ou em ambas as circunstâncias.

“Os astrónomos começaram agora a investigar as atmosferas de planetas distantes com a massa de Neptuno, e eis que logo de imediato encontramos um exemplo que contraria a tendência do nosso sistema solar,” disse Hannah Wakeford, investigadora de pós-doutoramento no Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland, principal autora do estudo publicado na edição de 12 de maio de 2017 da revista Science. “É graças a este tipo de resultado inesperado que eu adoro explorar as atmosferas de planetas distantes.”

Para o estudo da atmosfera de HAT-P-26b, os investigadores usaram dados de trânsitos – ocasiões em que o planeta passou à frente da sua estrela. Durante um trânsito, uma fração da luz da estrela é filtrada pela atmosfera do planeta, que absorve alguns comprimentos de onda e outros não. Observando as alterações provocadas nas assinaturas de luz da estrela por esta filtragem, os investigadores podem descobrir a composição química da atmosfera do planeta.

Neste caso, a equipa juntou dados de quatro trânsitos obtidos pelo Hubble e de dois trânsitos obtidos pelo Spitzer. Reunidas, estas observações cobriram uma ampla gama de comprimentos de onda, da luz amarela até ao infravermelho próximo.

“É algo ainda raro termos tanta informação sobre um Neptuno quente, pelo que analisar em simultâneo estes conjuntos de dados foi em si uma conquista,” disse a coautora Tiffany Kataria, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, em Pasadena, Califórnia.

Dado que o estudo forneceu uma medição precisa da água, os investigadores puderam usar a assinatura da água para estimar a metalicidade de HAT-P-26b. A metalicidade é calculada por ser uma indicação da riqueza do planeta em elementos mais pesados​​ que o hidrogénio e o hélio, dando assim indicações sobre como o planeta se formou.

Os cientistas usam o Sol como referência para distinguirem os planetas em relação à sua metalicidade (é quase como distinguir a quantidade de cafeína das bebidas comparando-as com uma chávena de café). Júpiter tem uma metalicidade de cerca de 2 a 5 vezes a do Sol. Saturno, cerca de 10 vezes a do Sol. Estes valores relativamente baixos significam que os dois gigantes gasosos são compostos quase inteiramente por hidrogénio e hélio.

Os gigantes de gelo Neptuno e Urano são mais pequenos que os gigantes gasosos, mas mais ricos em elementos pesados, com metalicidades de cerca de 100 vezes a do Sol. Assim, em relação aos quatro planetas exteriores do Sistema Solar, as metalicidades são tendencialmente mais baixas nos planetas maiores.

Os cientistas pensam que isto acontece porque, à medida que o Sistema Solar ia ganhando forma, Neptuno e Urano formaram-se numa região próxima da periferia do enorme disco de poeira, gás e detritos que girava à volta do jovem Sol. Resumindo em poucas palavras o complexo processo de formação planetária: Neptuno e Urano terão sido bombardeados por uma grande quantidade de detritos gelados, ricos em elementos mais pesados. Júpiter e Saturno, que se formaram numa parte mais quente do disco, ter-se-ão deparado com menos detritos gelados.

Há dois planetas para lá do Sistema Solar que também se encaixam nesta tendência. Um é o planeta HAT-P-11b, com a massa de Neptuno. O outro é WASP-43b, um gigante gasoso com duas vezes mais massa que Júpiter.

Mas Wakeford e a sua equipa descobriram que HAT-P-26b contraria a tendência, determinando que a sua metalicidade é apenas cerca de 4,8 vezes a do Sol, muito mais próxima do valor de Júpiter que do de Neptuno.

“Esta análise mostra que existe uma diversidade muito maior do que esperávamos nas atmosferas destes exoplanetas, o que nos indica que os planetas se podem formar e evoluir de modo diferente daquele que acontece no Sistema Solar,” disse David K. Sing, da Universidade de Exeter, um dos autores do artigo. Acrescentando: “Eu diria que o mote no estudo de exoplanetas tem sido este: os investigadores continuam a encontrar uma surpreendente diversidade.”

Fonte da notícia: JPL