O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA iniciou a sua missão científica, que inclui a caracterização atmosférica de exoplanetas em trânsito. Alguns dos primeiros exoplanetas observados por Webb têm temperaturas abaixo de 1.000 K (727 graus Celsius ou 1.340 graus Fahrenheit), que é um regime onde se espera a formação de neblinas atmosféricas. As propriedades ópticas destas neblinas, que controlam a forma como interagem com a luz, são críticas para a interpretação das observações de exoplanetas, mas não estão disponíveis dados experimentais relevantes. Agora, Chao He, astrónomo da Universidade Johns Hopkins, e colegas mediram a densidade e as propriedades ópticas de análogos de neblina orgânica gerados em experiências com atmosferas de exoplanetas ricas em água. Os seus resultados oferecem novas ferramentas para estudar a química atmosférica dos exoplanetas e ajudarão os cientistas a modelar como os exoplanetas aquáticos se formam e evoluem.
Uma representação artística do exoplaneta quente de Júpiter TOI-1789b. Crédito da imagem: Sci.News.
“O panorama geral é se existe vida fora do Sistema Solar, mas tentar responder a esse tipo de questão requer modelos realmente detalhados de todos os tipos diferentes, especificamente em planetas com muita água”, disse Sarah Hörst, astrónoma da Universidade Johns Hopkins.
“Este tem sido um enorme desafio porque simplesmente não temos o trabalho de laboratório para fazer isso, então estamos tentando usar essas novas técnicas de laboratório para tirar mais proveito dos dados que estamos coletando com todos esses grandes telescópios sofisticados. .”
“O facto de a atmosfera de um planeta conter neblina ou outras partículas tem uma influência marcante nas temperaturas globais, nos níveis de luz estelar que chegam e outros factores que podem impedir ou fomentar a actividade biológica.”
He, Dr. Hörst e co-autores conduziram os experimentos em uma câmara personalizada dentro de seu laboratório.
“Somos os primeiros a determinar quanta neblina pode se formar em planetas aquáticos além do Sistema Solar”, disse o Dr.
A neblina consiste em partículas sólidas suspensas em um gás e altera a forma como a luz interage com esse gás.
Diferentes níveis e tipos de neblina podem afetar a forma como as partículas se espalham pela atmosfera, mudando o que os cientistas podem detectar sobre planetas distantes com telescópios.
“A água é a primeira coisa que procuramos quando tentamos ver se um planeta é habitável, e já existem observações interessantes de água em atmosferas de exoplanetas”, disse o Dr.
“Mas as nossas experiências e modelos sugerem que estes planetas provavelmente também contêm neblina.”
“Esta neblina realmente complica as nossas observações, pois obscurece a nossa visão da química atmosférica e das características moleculares de um exoplaneta.”
Os astrónomos estudam exoplanetas com telescópios que observam como a luz passa através da sua atmosfera, identificando como os gases atmosféricos absorvem diferentes tonalidades ou comprimentos de onda dessa luz.
Observações distorcidas podem levar a erros de cálculo das quantidades de substâncias importantes no ar, como água e metano, e do tipo e níveis de partículas na atmosfera.
“Tais interpretações erradas podem prejudicar as conclusões dos cientistas sobre as temperaturas globais, a espessura da atmosfera e outras condições planetárias”, disse o Dr. Hörst.
Os autores inventaram duas misturas de gases contendo vapor de água e outros compostos que se supõe serem comuns em exoplanetas.
Eles irradiaram essas misturas com luz ultravioleta para simular como a luz de uma estrela iniciaria as reações químicas que produzem partículas de neblina.
Eles então mediram a quantidade de luz que as partículas absorveram e refletiram para entender como elas interagiriam com a luz na atmosfera.
Os novos dados correspondem às assinaturas químicas de um exoplaneta bem estudado chamado Gliese 1214b com mais precisão do que pesquisas anteriores, demonstrando que neblinas com diferentes propriedades ópticas podem levar a interpretações erradas da atmosfera de um planeta.
“As atmosferas alienígenas podem ser muito diferentes daquelas do nosso Sistema Solar”, disse o Dr.
“Existem mais de 5.000 exoplanetas confirmados com químicas atmosféricas variadas.”
As equipes papel foi publicado na revista Astronomia da Natureza.
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C. Ele e outros. Propriedades ópticas de análogos de neblina orgânica em atmosferas de exoplanetas ricas em água observáveis com JWST. Nat Astron, publicado on-line em 27 de novembro de 2023; doi: 10.1038/s41550-023-02140-4
