O estudo de planetas extra-solares realmente explodiu nos últimos anos. Atualmente, os astrônomos conseguiram confirmar a existência de 4.104 planetas além do nosso Sistema Solar, com outros 4900 aguardando confirmação. O estudo desses muitos planetas revelou coisas sobre a gama de possíveis planetas em nosso Universo e nos ensinou que existem muitos para os quais não existem análogos em nosso Sistema Solar.
Por exemplo, graças aos novos dados obtidos pelo telescópio espacial Hubble, os astrônomos aprenderam mais sobre uma nova classe de exoplanetas conhecida como planetas “superpuff”. Os planetas dessa classe são essencialmente gigantes gasosos jovens, comparáveis em tamanho a Júpiter, mas com massas apenas algumas vezes maiores que a da Terra. Isso resulta em suas atmosferas com a densidade de algodão doce, daí o apelido delicioso!
Os únicos exemplos conhecidos deste planeta residem no sistema Kepler 51, uma jovem estrela parecida com o Sol, localizada a 2.615 anos-luz de distância na constelação de Cygnus. Dentro deste sistema, três exoplanetas foram confirmados (Kepler-51 b, ce ed) que foram detectados pela primeira vez pelo Telescópio Espacial Kepler em 2012. No entanto, não foi até 2014 que as densidades desses planetas foram confirmadas, e isso foi uma grande surpresa.
Embora esses gigantes gasosos possuam atmosferas compostas de hidrogênio e hélio e tenham o mesmo tamanho de Júpiter, eles também são cerca de cem vezes mais leves em termos de massa. Como e por que suas atmosferas iriam balão do jeito que fazem continua sendo um mistério, mas o fato é que a natureza de suas atmosferas faz dos planetas superpuff um candidato principal para a análise atmosférica.
Foi exatamente isso que uma equipe internacional de astrônomos - liderada por Jessica Libby-Roberts, do Centro de Astrofísica e Astronomia Espacial (CASA) da Universidade do Colorado, em Boulder - procurou fazer. Usando dados de Hubble, Libby-Roberts e sua equipe analisaram espectros obtidos das atmosferas do Kepler-51be para ver quais componentes (incluindo a água) estavam lá.
À medida que esses planetas passavam na frente de sua estrela, a luz absorvida por suas atmosferas era examinada no comprimento de onda infravermelho. Para surpresa da equipe, eles descobriram que os espectros de ambos os planetas não tinham nenhuma assinatura química reveladora. Isso eles atribuíram à presença de nuvens de cristais de sal ou neblinas fotoquímicas em suas atmosferas.
Como tal, a equipe se baseou em simulações de computador e outras ferramentas para teorizar que os planetas Kepler-51 são principalmente hidrogênio e hélio em massa, que é encoberto por uma névoa espessa composta de metano. Isso é semelhante ao que ocorre na atmosfera de Titã (a maior lua de Saturno), onde a atmosfera predominantemente de nitrogênio contém nuvens de gás metano que obscurecem a superfície.
"Isso foi completamente inesperado", disse Libby-Roberts. "Tínhamos planejado observar grandes recursos de absorção de água, mas eles simplesmente não estavam lá. Nós estávamos nublados! No entanto, essas nuvens forneceram à equipe informações valiosas sobre como o Kepler-51 be ed se compara a outros exoplanetas de baixa massa e ricos em gás observados pelos astrônomos. Como Libby-Roberts explicou em uma declaração à imprensa da CU Boulder:
“Sabíamos que eles eram de baixa densidade. Mas quando você imagina uma bola de algodão doce do tamanho de Júpiter - é uma densidade muito baixa ... Definitivamente, nos mandamos lutar para descobrir o que poderia estar acontecendo aqui. Esperávamos encontrar água, mas não conseguimos observar as assinaturas de nenhuma molécula. "
A equipe também conseguiu restringir melhor o tamanho e a massa desses planetas, medindo seus efeitos temporais. Em todos os sistemas, pequenas alterações ocorrem no período orbital de um planeta devido à sua atração gravitacional, que pode ser usada para derivar a massa de um planeta. Os resultados da equipe concordaram com as estimativas anteriores para o Kepler-51 b, enquanto as estimativas para o Kepler-51 d indicaram que é um pouco menos massivo (também conhecido como puffier) do que se pensava anteriormente.
A equipe também comparou os espectros das duas superpufas com os de outros planetas e obteve resultados que indicaram que a formação de nuvens / neblina está ligada à temperatura de um planeta. Isso apóia a hipótese de que quanto mais frio for um planeta, mais nublado ele será, o que é algo que os astrônomos têm ponderado graças à recente onda de descobertas de exoplanetas.
Por último, mas não menos importante, a equipe observou que o Kepler-51 be ed parecem estar perdendo gás rapidamente. De fato, a equipe estima que o planeta anterior (que é o mais próximo de sua estrela-mãe) está despejando dezenas de bilhões de toneladas de material no espaço a cada segundo. Se essa tendência continuar, os planetas encolherão consideravelmente nos próximos bilhões de anos e poderão se tornar mini-Netuno.
A esse respeito, isso sugeriria que os exoplanetas não são tão incomuns, afinal, pois os mini-Netuno parecem ser muito comuns. Também sugere que as baixas densidades dos planetas superpuff são atribuídas à idade do sistema. Enquanto o sistema solar tem aproximadamente 4,6 bilhões de anos, o Kepler-51 existe há apenas 500 milhões de anos.
Os modelos planetários usados pela equipe indicam que os planetas provavelmente se formaram além da Linha de Gelo Kepler-51 - a fronteira além da qual elementos voláteis congelarão - e depois migraram para dentro. Em vez de serem planetas esquisitos, Kepler-51 b e d podem ser os primeiros exemplos que os astrônomos já viram de um dos tipos mais comuns de planetas em nosso Universo nos estágios iniciais de desenvolvimento.
Como Zach Berta-Thompson (professor assistente da APS e co-autor da nova pesquisa) explicou, isso faz do Kepler-51 um "laboratório único" para testar teorias da evolução do planeta:
"Este é um exemplo extremo do que há de tão legal nos exoplanetas em geral. Eles nos dão a oportunidade de estudar mundos muito diferentes dos nossos, mas também colocam os planetas em nosso próprio sistema solar em um contexto maior. ”
No futuro, a implantação de instrumentos da próxima geração como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) ajudará os astrônomos a examinar a atmosfera dos planetas Kepler-51 e outros superpuffs. Graças à sensibilidade do JWST a comprimentos de onda infravermelhos mais longos, ainda podemos olhar através de suas nuvens densas e determinar do que realmente são compostos esses planetas "algodão-doce".
É também outra pena na tampa do venerado Hubble, que está em operação contínua há cerca de trinta anos (desde maio de 1990) e continua a lançar luz sobre os mistérios cósmicos! É justo que ainda esteja fazendo descobertas que em breve serão objeto de investigações de acompanhamento por James Webb, seu sucessor espiritual.
O estudo que detalha a pesquisa da equipe apareceu recentemente on-line e aparecerá em The Astrophysical Journal.
