O conceito deste artista mostra como poderia ser o exoplaneta 55 Cancri e. Observações do telescópio Webb da NASA sugerem que pode estar rodeado por uma atmosfera rica em dióxido de carbono ou monóxido de carbono, que poderia ter borbulhado de um oceano de… Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)”
Embora o planeta seja demasiado quente para ser habitável, a deteção da sua atmosfera pode fornecer informações sobre as condições iniciais da Terra, Vénus e Marte.
Pesquisadores que usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA podem ter detectado gases atmosféricos em torno de 55 Cancri e, um exoplaneta rochoso quente a 41 anos-luz da Terra. Esta é a melhor evidência até agora da existência de qualquer atmosfera de planeta rochoso fora do nosso sistema solar.
Renyu Hu, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, é o autor principal de um artigo. “Webb está expandindo as fronteiras da caracterização de exoplanetas para planetas rochosos”, disse Hu. “Está realmente possibilitando um novo tipo de ciência.”
Super-Quente Super-Terra 55 Cancri e
55 Cancri e, também conhecido como Janssen, é um dos cinco planetas conhecidos que orbitam a estrela semelhante ao Sol 55 Cancri, na constelação de Câncer. Com um diâmetro quase o dobro do da Terra e uma densidade ligeiramente maior, o planeta é classificado como uma super-Terra: maior que a Terra, menor que Netuno e provavelmente semelhante em composição aos planetas rochosos do nosso sistema solar.
Dados do instrumento Mid-Infrared do telescópio Webb da NASA mostram a diminuição do brilho do sistema 55 Cancri à medida que o planeta rochoso 55 Cancri e se move atrás da estrela, um fenómeno conhecido como eclipse secundário. Os dados indicam que o avião… Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Aaron Bello-Arufe (JPL)”
Descrever 55 Cancri e como “rochoso”, entretanto, poderia deixar uma impressão errada. O planeta orbita tão perto da sua estrela (cerca de 2,3 milhões de quilómetros, ou vinte e cinco da distância entre Mercúrio e o Sol) que é provável que a sua superfície esteja derretida – um oceano borbulhante de magma. Com uma órbita tão estreita, é provável que o planeta também esteja bloqueado pelas marés, com um lado diurno sempre voltado para a estrela e um lado noturno em escuridão perpétua.
Apesar de inúmeras observações desde que foi descoberto que transitava em 2011, a questão de saber se 55 Cancri e tem ou não uma atmosfera – ou mesmo poderia ter uma, dada a sua alta temperatura e o ataque contínuo de radiação estelar e vento da sua estrela – tem ficou sem resposta.
“Trabalho neste planeta há mais de uma década”, disse Diana Dragomir, investigadora de exoplanetas na Universidade do Novo México e coautora do estudo. “Tem sido realmente frustrante que nenhuma das observações que temos obtido tenha resolvido esses mistérios de forma robusta. Estou emocionado por finalmente estarmos obtendo algumas respostas!”
Ao contrário das atmosferas dos planetas gigantes gasosos, que são relativamente fáceis de detectar (a primeira foi detectada pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA há mais de duas décadas), as atmosferas mais finas e mais densas que rodeiam os planetas rochosos permaneceram indefinidas.
Estudos anteriores de 55 Cancri e usando dados do agora aposentado Telescópio Espacial Spitzer da NASA sugeriram a presença de uma atmosfera substancial rica em voláteis (moléculas que ocorrem na forma de gás na Terra) como oxigênio, nitrogênio e dióxido de carbono. Mas os investigadores não puderam descartar outra possibilidade: a de que o planeta esteja vazio, exceto por um tênue manto de rocha vaporizada, rico em elementos como silício, ferro, alumínio e cálcio. “O planeta está tão quente que parte da rocha derretida deveria evaporar”, explicou Hu.
Um espectro de emissão térmica do exoplaneta 55 Cancri e – capturado pelo instrumento NIRCam, espectrômetro GRISM e espectrômetro de baixa resolução MIRI no telescópio Webb da NASA – mostra que o planeta pode estar cercado por uma atmosfera rica em carros… Crédito: NASA , ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Renyu Hu (JPL), Aaron Bello-Arufe (JPL), Michael Zhang (Universidade de Chicago), Mantas Zilinskas (SRON Instituto Holandês de Pesquisa Espacial)”
Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Renyu Hu (JPL), Aaron Bello-Arufe (JPL), Michael Zhang (Universidade de Chicago), Mantas Zilinskas (SRON Instituto Holandês de Pesquisa Espacial)
Medindo variações sutis em cores infravermelhas
Para distinguir entre as duas possibilidades, a equipe usou o NIRCam (Near-Infrared Camera) e o MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb para medir a luz infravermelha de 4 a 12 mícrons vinda do planeta.
Embora Webb não consiga capturar uma imagem direta de 55 Cancri e, pode medir mudanças subtis na luz do sistema à medida que o planeta orbita a estrela.
Ao subtrair o brilho durante o eclipse secundário, quando o planeta está atrás da estrela (apenas a luz das estrelas), do brilho quando o planeta está mesmo ao lado da estrela (luz da estrela e do planeta combinados), a equipa conseguiu calcular a quantidade de vários comprimentos de onda de luz infravermelha provenientes do lado diurno do planeta.
Este método, conhecido como espectroscopia de eclipse secundário, é semelhante ao usado por outras equipes de pesquisa para procurar atmosferas em outros exoplanetas rochosos, como TRAPPIST-1 b.
Mais frio do que o esperado
A primeira indicação de que 55 Cancri e poderia ter uma atmosfera substancial veio de medições de temperatura baseadas na sua emissão térmica, ou energia térmica emitida na forma de luz infravermelha. Se o planeta estiver coberto por rocha escura derretida com um fino véu de rocha vaporizada ou sem atmosfera alguma, o lado diurno deverá estar em torno de 4.000 graus Fahrenheit (~2.200 graus Celsius).
“Em vez disso, os dados do MIRI mostraram uma temperatura relativamente baixa de cerca de 2.800 graus Fahrenheit [~1540 degrees Celsius]”, disse Hu. “Esta é uma indicação muito forte de que a energia está sendo distribuída do lado diurno para o noturno, provavelmente por uma atmosfera rica em voláteis.” Embora as correntes de lava possam transportar algum calor para o lado noturno, elas não podem se mover com eficiência suficiente para explicar o efeito de resfriamento.
Quando a equipe analisou os dados do NIRCam, eles viram padrões consistentes com uma atmosfera rica em voláteis. “Vemos evidências de uma queda no espectro entre 4 e 5 mícrons – menos desta luz chega ao telescópio”, explicou o co-autor Aaron Bello-Arufe, também do JPL da NASA. “Isso sugere a presença de uma atmosfera contendo monóxido de carbono ou dióxido de carbono, que absorve esses comprimentos de onda de luz.” Um planeta sem atmosfera ou com uma atmosfera constituída apenas por rocha vaporizada não teria esta característica espectral específica.
“Passámos os últimos 10 anos a modelar diferentes cenários, tentando imaginar como seria este mundo”, disse a co-autora Yamila Miguel, do Observatório de Leiden e do Instituto Holandês de Investigação Espacial (SRON). “Finalmente obter alguma confirmação do nosso trabalho não tem preço!”
Oceano de magma borbulhante
A equipa pensa que os gases que cobrem 55 Cancri e estariam a borbulhar do interior, em vez de estarem presentes desde a formação do planeta. “A atmosfera primária já teria desaparecido há muito tempo devido à alta temperatura e à intensa radiação da estrela”, disse Bello-Arufe. “Esta seria uma atmosfera secundária que é continuamente reabastecida pelo oceano de magma. O magma não é apenas cristais e rochas líquidas; também contém muito gás dissolvido.”
Embora 55 Cancri e seja demasiado quente para ser habitável, os investigadores pensam que poderá fornecer uma janela única para estudar as interações entre atmosferas, superfícies e interiores de planetas rochosos, e talvez fornecer informações sobre as condições iniciais da Terra, Vénus e Marte. que se pensa terem sido cobertos por oceanos de magma no passado distante.
“Em última análise, queremos compreender que condições tornam possível a um planeta rochoso sustentar uma atmosfera rica em gás: um ingrediente chave para um planeta habitável”, disse Hu.
Esta pesquisa foi conduzida como parte do Programa de Observadores Gerais (GO) de 1952 de Webb. A análise de observações adicionais do eclipse secundário de 55 Cancri e está atualmente em andamento.
Mais sobre a missão
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadiana.
O MIRI foi desenvolvido através de uma parceria 50-50 entre a NASA e a ESA. Uma divisão da Caltech em Pasadena, Califórnia, o JPL liderou os esforços dos EUA para o MIRI, e um consórcio multinacional de institutos astronómicos europeus contribui para a ESA. George Rieke, da Universidade do Arizona, é o líder da equipe científica do MIRI. Gillian Wright é a principal investigadora europeia do MIRI.
O desenvolvimento do criocooler MIRI foi liderado e gerenciado pelo JPL, em colaboração com a Northrop Grumman em Redondo Beach, Califórnia, e o Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.
