Uma equipe de astrônomos, incluindo o professor Nicolas Cowan, da McGill, desvendou a enigmática atmosfera do exoplaneta HAT-P-18 b, lançando luz sobre sua intrigante mistura de gases, nuvens e até mesmo os efeitos da atividade de sua estrela.

Os exoplanetas, planetas localizados além do nosso sistema solar, cativam tanto os cientistas como o público, prometendo revelar diversos sistemas planetários e mundos potencialmente habitáveis. Apesar de não serem muito parecidos com a nossa Terra, grandes planetas gigantes gasosos encontrados muito perto das suas estrelas provaram ser alvos de teste ideais para telescópios como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) para refinar os métodos dos astrónomos para compreender exoplanetas.

Um desses planetas é o HAT-P-18 b, um planeta do tipo "Saturno quente" localizado a mais de 500 anos-luz de distância, com uma massa semelhante à de Saturno, mas um tamanho mais próximo do do Júpiter maior. Isto dá ao exoplaneta uma atmosfera inchada que é especialmente ideal para análise.

Liderada por pesquisadores do Instituto Trottier de Pesquisa sobre Exoplanetas da Universidade McGill e da Universidade de Montreal (UdeM), uma equipe de astrônomos aproveitou o poder do revolucionário Telescópio Webb para estudar o HAT-P-18 b. As suas descobertas, detalhadas na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ( MNRAS ), fornecem um retrato abrangente da atmosfera quente de Saturno, ao mesmo tempo que investigam as complexidades de distinguir os sinais atmosféricos da atividade estelar.

"O Telescópio Espacial James Webb fornece observações de exoplanetas tão precisas que estamos limitados pela nossa compreensão das suas estrelas hospedeiras. Felizmente, esses mesmos dados - especialmente com o instrumento NIRISS fabricado no Canadá - permitem-nos medir o que a estrela está a fazer durante nossas observações e corrigi-las, para que possamos descobrir exatamente o que há nas atmosferas desses planetas", disse Nicolas Cowan, professor do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias da Universidade McGill.

As observações do Telescópio Webb foram feitas enquanto o exoplaneta HAT-P-18 b passava na frente de sua estrela semelhante ao Sol. Este momento é chamado de trânsito e é crucial para detectar e caracterizar ainda mais um exoplaneta a centenas de anos-luz de distância com uma precisão surpreendente. Os astrônomos não estão observando a luz emitida diretamente pelo planeta distante. Em vez disso, estão a estudar como a luz da estrela central é bloqueada e afetada pelo planeta que a orbita.

Os caçadores de exoplanetas devem, portanto, enfrentar o desafio de desembaraçar os sinais causados pela presença do planeta e os causados pelas próprias propriedades da estrela. Assim como o nosso Sol, as estrelas não têm superfícies uniformes.

Eles podem ter manchas estelares escuras e regiões brilhantes, criando sinais que imitam os atributos atmosféricos de um planeta. Um estudo recente do exoplaneta TRAPPIST-1 b e sua estrela TRAPPIST-1 liderado pelo UdeM Ph.D. a estudante Olivia Lim testemunhou uma erupção, ou erupção, na superfície da estrela, o que afetou suas observações.

No caso do planeta HAT-P-18 b, Webb capturou o exoplaneta logo ao passar por uma mancha escura na sua estrela, HAT-P-18. Isso é chamado de evento de cruzamento pontual e seu efeito ficou evidente nos dados coletados para o estudo. A equipe também relatou a presença de inúmeras outras manchas estelares na superfície do HAT-P-18 b, que não foram bloqueadas pelo exoplaneta.

Para determinar com precisão a composição atmosférica do exoplaneta, os investigadores determinaram que era necessário modelar simultaneamente a atmosfera planetária, bem como as peculiaridades da estrela. Eles afirmam que tal consideração será crucial no tratamento de futuras observações de exoplanetas do JWST para aproveitar plenamente o seu potencial.

Após a modelação cuidadosa do exoplaneta e da estrela no sistema HAT-P-18, a equipa de astrónomos realizou então uma dissecação meticulosa da composição atmosférica do HAT-P-18 b.

Ao inspecionar a luz que é filtrada pela atmosfera do exoplaneta à medida que este transita pela sua estrela hospedeira, os investigadores discerniram a presença de vapor de água (H 2 O) e dióxido de carbono (CO 2 ). Os pesquisadores também detectaram a possível presença de sódio.

Para aumentar a curiosidade das descobertas, a equipa observou fortes sinais de uma camada de nuvens na atmosfera do HAT-P-18 b, que parece estar a silenciar os sinais de muitas das suas moléculas. Eles também concluíram que a superfície da estrela estava coberta por muitas manchas escuras que podem influenciar significativamente a interpretação dos dados.

Uma análise anterior dos mesmos dados do JWST liderada por uma equipe da Universidade Johns Hopkins também revelou uma detecção clara de água e CO 2, mas também relatou a detecção de pequenas partículas em grandes altitudes chamadas neblinas e encontrou indícios de metano (CH4). 

O trabalho dos astrónomos da Universidade de Montreal, que foi a primeira vez que as características da superfície das estrelas foram consideradas com a atmosfera do planeta, revelou um quadro diferente. A detecção de CH4 não foi confirmada e a abundância de água determinada foi dez vezes menor do que a encontrada anteriormente.

Eles também descobriram que a detecção de neblinas no estudo anterior poderia, em vez disso, ser causada por manchas estelares na superfície da estrela, destacando a importância de considerar a estrela na análise.

Embora moléculas como água, dióxido de carbono e metano possam ser interpretadas como bioassinaturas, ou sinais de vida, em certas proporções ou em combinação com outras moléculas, as temperaturas escaldantes do HAT-P-18 b de perto de 600 graus Celsius não são um bom presságio para a habitabilidade do planeta.

Os dados usados ????do JWST neste estudo foram coletados pelo instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) de fabricação canadense, que forneceu aos astrônomos a capacidade incomparável de diferenciar muitas das características atmosféricas do HAT-P-18 b de uma. outro.

Os resultados mostram que as observações feitas do visível ao infravermelho próximo dentro da faixa de comprimento de onda do instrumento NIRISS são essenciais para desembaraçar os sinais da atmosfera planetária e da estrela. Observações futuras de outro instrumento do JWST, o Near Infrared Spectrograph (NIRSpec), ajudariam a refinar os resultados da equipe, como a detecção de CO 2 , e lançariam ainda mais luz sobre as complexidades deste exoplaneta quente de Saturno .