Hubble descobre atmosfera brilhante de água em exoplaneta

Os cientistas descobriram a mais forte evidência, até ao momento, de uma estratosfera num planeta extra-solar. A estratosfera é a camada da atmosfera de um planeta na qual a temperatura aumenta com a altitude.

“Este resultado é estimulante porque revela que uma das características comuns na maior parte das atmosferas de planetas do Sistema Solar – uma estratosfera quente – pode também ser encontrada em atmosferas de exoplanetas,” disse Mark Marley, do Ames Research Center, da NASA, em Silicon Valley, Califórnia, coautor de estudo. “Agora, podemos comparar processos em atmosferas de exoplanetas com os mesmos processos que ocorrem sob diferentes condições em planetas do Sistema Solar.”

Tal como vem relatado no estudo publicado na revista Nature, os cientistas usaram dados do Telescópio Espacial Hubble da NASA para estudar WASP-121b, um exoplaneta do tipo “Júpiter quente”. A massa deste exoplaneta é 1,2 vezes a de Júpiter e o seu raio é cerca de 1,9 vezes superior – características que o tornam mais dilatado. Mas enquanto Júpiter tem um período orbital, em torno do Sol, de 12 anos, o de WASP-121b, em torno da sua estrela, é de apenas 1,3 dias. A grande proximidade à estrela implica que o topo da atmosfera do planeta seja aquecido até uma temperatura de 2500 graus Celsius, suficiente para ferver alguns metais. Estima-se que o sistema WASP-121 esteja a cerca de 900 anos-luz da Terra – o que sendo muito longe acaba por ser uma distância curta em termos galácticos.

Investigações realizadas anteriormente tinham encontrado sinais possíveis de uma estratosfera no exoplaneta WASP-33b, bem como em alguns outros Júpiteres quentes. O novo estudo apresenta, no entanto, as melhores provas, devido à assinatura de moléculas de água quente observadas pela primeira vez.

“Os modelos teóricos sugerem que as estratosferas podem definir uma classe diferenciada de planetas muito quentes, com implicações importantes para a física e química das suas atmosferas,” disse Tom Evans, investigador da Universidade de Exeter, Reino Unido, e principal autor do estudo. “As nossas observações sustentam este cenário.”

Animação 360 ° que representa o planeta WASP-121b; um exoplaneta com uma atmosfera brilhante de água. Créditos: At-Bristol Science Centre.

No estudo da estratosfera de WASP-121b, os cientistas usaram a espectroscopia do Hubble para analisarem a forma como as diferentes moléculas na atmosfera reagem a determinados comprimentos de onda de luz. O vapor de água na atmosfera do planeta, por exemplo, comporta-se de forma previsível em resposta a certos comprimentos de onda da luz, dependendo da temperatura da água.

A luz estelar é capaz de penetrar em profundidade na atmosfera de um planeta, aumentando a temperatura do gás que lá existe. Este gás irradia depois calor para o espaço na forma de luz infravermelha. Se houver vapor de água mais frio no topo da atmosfera, as moléculas de água evitarão que alguns dos comprimentos de onda dessa luz se escapem para espaço. Contudo, se as moléculas de água no topo da atmosfera tiverem uma temperatura mais alta, elas irão brilhar nos mesmos comprimentos de onda.

“A emissão de luz a partir da água indica que a temperatura está a aumentar com a altitude,” explicou Tiffany Kataria, do Jet Propulsion Laboratory da NASA, em Pasadena, Califórnia, e coautora do estudo. “Estamos ansiosos por saber, com as próximas observações do Hubble, até que longitudes persiste este comportamento.”

O fenómeno é semelhante ao que acontece com os fogos de artifício, cujas cores são obtidas a partir de produtos químicos que emitem luz. Quando as substâncias metálicas são aquecidas e vaporizadas, os seus eletrões movem-se para níveis de energia mais altos. Dependendo do material, esses eletrões vão emitindo luz em comprimentos de onda específicos à medida que perdem energia: o sódio, por exemplo, produz amarelo-alaranjado e o estrôncio produz vermelho. As moléculas de água na atmosfera de WASP-121b também libertam radiação à medida que perdem energia, mas sob a forma de luz infravermelha, que o olho humano não consegue detetar.

Na estratosfera da Terra, o ozono absorve a radiação ultravioleta do Sol, o que aumenta a temperatura desta camada da atmosfera. Há outros corpos do Sistema Solar que possuem estratosferas; nas estratosferas de Júpiter e de Titã, a lua de Saturno, por exemplo, o responsável pelo aquecimento é o metano.

Nos planetas do Sistema Solar, a variação de temperatura dentro de uma estratosfera anda à volta dos 56 graus Celsius. Em WASP-121b, a temperatura na estratosfera aumenta 560 graus Celsius. Os cientistas ainda não sabem que substâncias químicas estão a provocar o aumento da temperatura na atmosfera do exoplaneta. O óxido de vanádio e o óxido de titânio são dois candidatos, pois observam-se com frequência em anãs castanhas, que têm algumas semelhanças com os exoplanetas. Estes compostos são esperados apenas nos mais quentes dos Júpiteres quentes, uma vez que são necessárias altas temperaturas para os manter no estado gasoso.

“Este exoplaneta super quente será um ponto de referência para os nossos modelos atmosféricos, e um importante alvo de observação para a era do telescópio James Webb”, concluiu Hannah Wakeford, coautora de estudo no Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland.

Fonte da notícia: Hubble