As variações químicas nos Júpiteres ultraquentes

Com temperaturas atmosféricas que variam de aproximadamente 1.650 ºC a 3.590 ºC, os Júpiteres ultraquentes são laboratórios naturais para a ciência planetária extrema.

© STScI/G. Bacon (ilustração do Júpiter ultraquente WASP-121 b)

Para quaisquer moléculas na atmosfera de um Júpiter ultraquente serão decompostas nos seus átomos e íons componentes. Então, o que é que pode ser encontrado na atmosfera do Júpiter ultraquente WASP-121 b?

Os Júpiteres ultraquentes são diferentes de qualquer planeta no nosso Sistema Solar. São enormes, mas vivem muito perto das suas estrelas hospedeiras. Esta proximidade provoca muitos fenômenos incomuns, como variações químicas entre os lados diurno e noturno do planeta. 

O calor intenso que os Júpiteres ultraquentes sofrem também leva à quebra dos seus componentes atmosféricos. Vários átomos e íons metálicos foram identificados nas atmosferas dos Júpiteres ultraquentes, incluindo sódio, ferro e magnésio neutros, e titânio e cálcio ionizados. No entanto, os metais mais neutros também podem ser detectados, especialmente nas partes inferiores das atmosferas destes planetas.

Saber que metais esperar num Júpiter ultraquente ajudaria em muito as observações e as classificações destes planetas. Para este fim, um grupo de pesquisadores liderados por Maya Ben-Yami (Universidade de Cambridge, Reino Unido) tentou prever que metais podem ser encontrados na atmosfera de WASP-121 b e, em seguida, comparou os seus resultados com as observações do planeta.

O WASP-121 b tem sido objeto de muitos estudos ao longo dos últimos anos. Completa uma órbita em torno da sua estrela a cada 1,3 dias e tem aproximadamente a massa de Júpiter. É um bom candidato à espectroscopia de transmissão, à observação da luz estelar filtrada através da atmosfera de um planeta para aprender mais sobre a composição atmosférica, já que é grande e a sua hospedeira é muito brilhante.

Os pesquisadores começaram a sua análise modelando abundâncias atômicas para WASP-121 b. Usaram então estas abundâncias para entender o quão fortemente a assinatura de um metal apareceria num espectro. Depois de contabilizar efeitos como a rotação estelar, o resultado final é um espectro de transmissão modelo para WASP-121 b.

Com um modelo espectral foi possível quantificar a probabilidade de um metal aparecer num espectro observado de WASP-121 b. Assumindo uma qualidade razoável e ruído de sinal para o espectro, descobriram que os metais neutros mais prováveis a serem observados em WASP-121 b seriam o ferro, titânio, vanádio e cromo.

A equipe usou observações obtidas pelo espectrógrafo HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) no Chile para testar as suas previsões. Com base nas suas métricas, pesquisaram os quatro metais mencionados anteriormente, juntamente com o escândio, ítrio e zircônio. Não conseguiram detectar o titânio, escândio, ítrio e zircônio neutros, mas recuperaram detecções anteriores de ferro neutro e ionizado. O mais excitante é que detectaram vanádio e cromo neutros pela primeira vez.

Estas detecções e não-detecções fornecem informações sobre a função do óxido de vanádio e do óxido de titânio nos Júpiteres ulraquentes. Pensa-se que ambas as moléculas causem desvios na relação esperada entre a altitude e a temperatura. A detecção do vanádio neutro sugere que o óxido de vanádio é quebrado enquanto a não-detecção do titânio neutro sugere que o oposto é verdadeiro para o óxido de titânio. 

Além das novas detecções de vanádio e cromo neutros, este estudo sugere que é viável analisar as atmosferas mais baixas dos Júpiteres ultraquentes usando métricas baseadas em modelos e espectros de alta qualidade. Tendo em conta que o WASP-121 b é assim para o mais frio (ou menos quente), resta uma grande variedade de Júpiteres ultraquentes para caracterizar.

Fonte: American Astronomical Society