Tecnologia Científica

Os cientistas medem a atmosfera de um planeta a 340 anos-luz de distância
Os cientistas usam telescópios espaciais e telescópios terrestres para examinar como esses exoplanetas se formam e como eles são diferentes dos planetas em nosso próprio sistema solar.
Por Karin Valentine - 27/10/2021


Um conceito artístico de um planeta extrasolar “Júpiter quente”. Crédito: NASA, ESA e L. Hustak (STScI)

Uma equipe internacional de cientistas, usando o telescópio terrestre Observatório Gemini no Chile, é a primeira a medir diretamente a quantidade de água e monóxido de carbono na atmosfera de um planeta em outro sistema solar a cerca de 340 anos-luz de distância.

A equipe é liderada pelo Professor Assistente Michael Line da Escola de Exploração da Terra e do Espaço da Universidade do Estado do Arizona, e os resultados foram publicados recentemente na revista Nature .

Existem milhares de planetas conhecidos fora de nosso próprio sistema solar (chamados exoplanetas). Os cientistas usam telescópios espaciais e telescópios terrestres para examinar como esses exoplanetas se formam e como eles são diferentes dos planetas em nosso próprio sistema solar.

Para este estudo, Line e sua equipe se concentraram no planeta "WASP-77Ab", um tipo de exoplaneta chamado "Júpiter quente" porque eles são como o Júpiter do nosso sistema solar, mas com uma temperatura acima de 2.000 graus Fahrenheit.

Eles então se concentraram em medir a composição de sua atmosfera para determinar quais elementos estão presentes, em comparação com a estrela que orbita.

"Por causa de seus tamanhos e temperaturas, os Júpiteres quentes são excelentes laboratórios para medir gases atmosféricos e testar nossas teorias de formação de planetas", disse Line.

Embora ainda não possamos enviar espaçonaves a planetas além do nosso sistema solar, os cientistas podem estudar a luz de exoplanetas com telescópios. Os telescópios que eles usam para observar essa luz podem estar no espaço, como o Telescópio Espacial Hubble, ou no solo, como os telescópios do Observatório Gemini.

Line e sua equipe estiveram amplamente envolvidos na medição das composições atmosféricas de exoplanetas usando o Hubble, mas obter essas medições foi um desafio. Não há apenas uma competição acirrada pelo tempo de telescópio, os instrumentos do Hubble apenas medem água (ou oxigênio) e a equipe também precisava coletar medições de monóxido de carbono (ou carbono).

Foi aqui que a equipe se voltou para o telescópio Gemini South.

"Precisávamos tentar algo diferente para responder às nossas perguntas", disse Line. "E nossa análise das capacidades da Gemini South indicou que poderíamos obter medições atmosféricas ultraprecisas."

Gemini South é um telescópio de 8,1 metros de diâmetro localizado em uma montanha nos Andes chilenos chamada Cerro Pachón, onde o ar muito seco e a cobertura insignificante de nuvens o tornam um local privilegiado para o telescópio. É operado pelo NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) da National Science Foundation.

Ao medir o deslocamento Doppler ilustrado na coluna da direita desta figura, os cientistas
podem reconstruir a velocidade orbital de um planeta no tempo em direção ou longe da
Terra. A força do sinal do planeta, conforme mostrado na coluna do meio, ao longo da
velocidade aparente esperada (curva tracejada da Marinha) do planeta enquanto
orbita a estrela, contém informações sobre a quantidade de diferentes
gases na atmosfera. Crédito: P. Smith / M. Line / S. Selkirk / ASU

Usando o telescópio Gemini South, com um instrumento chamado Immersion GRating Infrared Spectrometer (IGRINS), a equipe observou o brilho térmico do exoplaneta enquanto orbitava sua estrela hospedeira. A partir desse instrumento, eles coletaram informações sobre a presença e as quantidades relativas de diferentes gases em sua atmosfera.
 
Como os satélites meteorológicos e climáticos que são usados ​​para medir a quantidade de vapor d'água e dióxido de carbono na atmosfera da Terra, os cientistas podem usar espectrômetros e telescópios, como o IGRINS em Gêmeos Sul, para medir as quantidades de diferentes gases em outros planetas.

"Tentar descobrir a composição das atmosferas planetárias é como tentar resolver um crime com impressões digitais", disse Line. "Uma impressão digital borrada realmente não restringe muito, mas uma impressão digital muito boa e limpa fornece um identificador exclusivo de quem cometeu o crime."

Enquanto o Telescópio Espacial Hubble forneceu à equipe talvez uma ou duas impressões digitais difusas, o IGRINS em Gemini South forneceu à equipe um conjunto completo de impressões digitais perfeitamente claras.

E com medições claras de água e monóxido de carbono na atmosfera do WASP-77Ab, a equipe foi então capaz de estimar as quantidades relativas de oxigênio e carbono na atmosfera do exoplaneta.

"Esses valores estavam de acordo com nossas expectativas e são quase os mesmos da estrela anfitriã", disse Line.

A obtenção de abundâncias de gás ultraprecisas em atmosferas de exoplanetas não é apenas uma importante conquista técnica, especialmente com um telescópio terrestre , mas também pode ajudar os cientistas a procurar por vida em outros planetas.

"Este trabalho representa uma demonstração de pioneiros de como iremos medir gases de bioassinatura como oxigênio e metano em mundos potencialmente habitáveis ​​em um futuro não muito distante", disse Line.

O que Line e a equipe esperam fazer a seguir é repetir esta análise para muitos mais planetas e construir uma "amostra" de medições atmosféricas em pelo menos mais 15 planetas.

"Estamos agora no ponto em que podemos obter precisões de abundância de gás comparáveis ​​àqueles planetas em nosso próprio sistema solar. Medir a abundância de carbono e oxigênio (e outros elementos) nas atmosferas de uma amostra maior de exoplanetas fornece um contexto muito necessário para compreender as origens e evolução de nossos próprios gigantes gasosos como Júpiter e Saturno ", disse Line.

Eles também aguardam ansiosamente o que os futuros telescópios serão capazes de oferecer.

"Se pudermos fazer isso com a tecnologia de hoje, pense no que seremos capazes de fazer com os telescópios emergentes como o Telescópio Gigante de Magalhães", disse Line. "É uma possibilidade real que possamos usar esse mesmo método até o final desta década para farejar assinaturas potenciais de vida, que também contêm carbono e oxigênio, em planetas rochosos semelhantes à Terra além de nosso próprio sistema solar."

 

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