sexta-feira, 4 de agosto de 2017

Detectado exoplaneta com brilhante atmosfera de água

Os cientistas descobriram as evidências mais fortes, até agora, da existência de uma estratosfera num exoplaneta. A estratosfera é uma camada da atmosfera na qual a temperatura aumenta com altitudes mais elevadas.

ilustração do WASP-121b com presença de uma estratosfera

© U. de Exeter (ilustração do WASP-121b com presença de uma estratosfera)

Relatado na revista Nature, os cientistas usaram dados do telescópio espacial Hubble para estudar WASP-121b, um tipo de exoplaneta chamado Júpiter quente. A sua massa é 1,2 vezes maior que a de Júpiter e o seu raio corresponde a 1,9 vezes o de Júpiter. Mas enquanto Júpiter gira em torno do Sol uma vez a cada 12 anos, WASP-121b tem um período orbital de apenas 1,3 dias. Este exoplaneta está tão perto da sua estrela que, se chegasse mais perto, a gravidade da estrela começaria a rasgá-lo. Isto também significa que o topo da atmosfera do planeta é aquecido até uns ardentes 2.500 graus Celsius, quente o suficiente para ferver alguns metais. O sistema WASP-121 está a uma distância estimada em 900 anos-luz.

Pesquisas anteriores encontraram possíveis sinais de uma estratosfera no exoplaneta WASP-33b, bem como em alguns outros Júpiteres quentes. O novo estudo apresenta as melhores evidências, até agora, devido à assinatura das moléculas de água quente que foram observadas pela primeira vez.

"Os modelos teóricos sugeriram que as estratosferas podem definir uma classe distinta de planetas ultra quentes, com implicações importantes para a sua física e química atmosférica," afirma Tom Evans, pesquisador da Universidade de Exeter, Reino Unido.

Para estudar a estratosfera de WASP-121b, os cientistas analisaram a forma como diferentes moléculas na atmosfera reagem a determinados comprimentos de onda da luz, usando as capacidades do Hubble para espectroscopia. O vapor de água na atmosfera do planeta, por exemplo, comporta-se de maneira previsível em resposta a certos comprimentos de onda, dependendo da temperatura da água.

A luz estelar é capaz de penetrar nas profundezas da atmosfera de um planeta, onde aumenta a temperatura do gás aí presente. Este gás então irradia o seu calor para o espaço sob a forma de radiação infravermelha. No entanto, se existir vapor de água mais frio no topo da atmosfera, as moléculas de água evitarão com que certos comprimentos de onda desta luz escape para o espaço. Mas se as moléculas de água no topo da atmosfera tiverem uma temperatura mais alta, vão brilhar nos mesmos comprimentos de onda.

"A emissão da luz da água significa que a temperatura aumenta com a altura," afirma Tiffany Kataria, do Jet Propulsion Laboratory da NASA.

O fenômeno é semelhante ao que acontece com os fogos-de-artifício, que recebem as suas cores dos vários compostos químicos que emitem luz. Quando as substâncias metálicas são aquecidas e vaporizadas, os seus elétrons movem-se para estados de energia mais elevados. Dependendo do material, estes elétrons emitem luz em comprimentos de onda específicos à medida que perdem energia; o sódio produz um tom amarelo-alaranjado e o estrôncio produz um tom vermelho neste processo, por exemplo. As moléculas de água na atmosfera de WASP-121b, similarmente, liberam radiação à medida que perdem energia, mas sob a forma de radiação infravermelha, que o olho humano não consegue detectar.

Na estratosfera da Terra, o ozônio prende a radiação ultravioleta do Sol, o que aumenta a temperatura desta camada atmosférica. Outros corpos do Sistema Solar também possuem estratosferas; por exemplo, o metano é o responsável pelo aquecimento na estratosfera de Júpiter e na lua de Saturno, Titã.

Nos planetas do Sistema Solar, a mudança de temperatura dentro de uma estratosfera é de aproximadamente 56ºC. Em WASP-121b, a temperatura na estratosfera sobe 560ºC. Os cientistas ainda não sabem que elementos químicos provocam o aumento de temperatura na atmosfera de WASP-121b. O óxido de vanádio e o óxido de titânio são dois candidatos, pois são observados frequentemente em anãs marrons, "estrelas falhadas" que têm algumas semelhanças com os exoplanetas. Pensa-se que estas substâncias estejam presentes apenas nos mais quentes dos Júpiteres quentes, uma vez que são necessárias temperaturas altas para as manter no estado gasoso.

"Este exoplaneta superquente será um ponto de referência para os nossos modelos atmosféricos e será um importante alvo de observação na era do telescópio James Webb," realça Hannah Wakeford, do Goddard Space Flight Center.

Fonte: University of Exeter

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