No nosso nível atual de conhecimento, muitas descobertas de exoplanetas nos pegam de surpresa. A única química atmosférica que podemos ver com clareza é a da Terra, e ainda temos muitas perguntas sem resposta sobre como o nosso planeta e a sua atmosfera se desenvolveram. Tendo a Terra como nosso principal ponto de referência, muitas coisas sobre as atmosferas dos exoplanetas parecem intrigantes em comparação e geram entusiasmo e questões mais profundas.
Foi o que aconteceu com GJ-3470 b, um exoplaneta semelhante a Netuno, a cerca de 96 anos-luz de distância.
Astrônomos descobriu o planeta durante um Pesquisador de planetas de velocidade radial de alta precisão de 2012 (HARPAS) campanha. A campanha procurava planetas de curto período orbitando anãs M (anãs vermelhas). Quando foi descoberto, foi chamado de Urano quente. Não é preciso ser astrofísico para descobrir por que esse termo caiu em desuso e agora é chamado de planeta sub-Netuno.
GJ-3470 b é cerca de 14 vezes mais massivo que a Terra, leva 3,3 dias para completar uma órbita e está a cerca de 0,0355 UA de sua estrela.
Uma nova pesquisa apresentada na 244ª reunião da Sociedade Astronômica Americana e que será publicada em breve no Astrophysical Journal Letters mostra que a atmosfera do planeta contém mais dióxido de enxofre do que o esperado. O pesquisador principal é Thomas Beatty, professor de astronomia na Universidade de Wisconsin, Madison.
“Não pensávamos que veríamos dióxido de enxofre em planetas tão pequenos, e é emocionante ver esta nova molécula num lugar que não esperávamos, uma vez que nos dá uma nova forma de descobrir como estes planetas se formaram.”
Thomas Beatty, Universidade de Wisconsin, Madison
A atmosfera de GJ-3470 b é bem caracterizada entre os exoplanetas. O JWST direcionou seu poderoso olhos espectroscópicos no planeta e revelou mais detalhes do que nunca. A espectroscopia examina a luz da sua estrela à medida que ela passa pela atmosfera do planeta, revelando os seus constituintes químicos.
Sub-Netunos como GJ-3470 b são o tipo mais comum de exoplaneta detectado. Os astrônomos detectaram carbono e oxigênio em dois deles, TOI-270d e K2-18b, que são resultados científicos importantes. Mas na atmosfera do GJ-3470 b, os astrónomos também detectaram água, metano e, mais significativamente, dióxido de enxofre (SO2).
“A questão é que todo mundo olha para esses planetas e muitas vezes todo mundo vê linhas planas”, disse Beatty. “Mas quando olhamos para este planeta, não conseguimos uma linha reta.”
Este é o exoplaneta mais frio e leve com dióxido de enxofre na sua atmosfera. A descoberta é significativa no esforço para compreender as diferentes formas como os planetas se formam e evoluem. O dióxido de enxofre provavelmente provém de reações químicas na atmosfera, à medida que a radiação da estrela próxima separa as moléculas de sulfureto de hidrogénio, libertando o enxofre, que depois se liga ao oxigénio, formando dióxido de enxofre.
A quantidade de dióxido de enxofre também é surpreendente. Há cerca de um milhão de vezes mais SO2 do que o esperado.
“Não pensávamos que veríamos dióxido de enxofre em planetas tão pequenos, e é emocionante ver esta nova molécula num lugar que não esperávamos, uma vez que nos dá uma nova forma de descobrir como estes planetas se formaram,” disse Beatty, que trabalhou como cientista de instrumentos no Telescópio Espacial James Webb antes de ingressar no corpo docente da UW – Madison. “E os planetas pequenos são especialmente interessantes porque as suas composições dependem realmente de como ocorreu o processo de formação planetária.”
Os astrónomos encontraram dióxido de enxofre em WASP-39b, um Júpiter quente. Mas é 100 vezes mais massivo e duas vezes mais quente que o GJ-3470 b. Ele se forma da mesma maneira em ambos os planetas.
“Em ambos os planetas, o SO2 é produzido através da fotoquímica nos lados diurnos planetários: a luz da estrela atinge o topo da atmosfera e quebra moléculas contendo enxofre, e então os destroços do átomo de enxofre dessas colisões fótons/moléculas se recombinam com outras moléculas na atmosfera e se transforma em SO2”, disse Beatty ao Universe Today.
Beatty e seus colegas pesquisadores tentaram identificar os caminhos que poderiam criar SO2 por meio da recombinação. Mas a frieza do planeta levou a becos sem saída.
“Identificar os caminhos de recombinação corretos foi uma parte importante da compreensão do SO2 no WASP-39b – mas estes previram efetivamente zero SO2 em um planeta tão frio como GJ 3470b”, disse Beatty ao Universe Today. Acontece que a metalicidade atmosférica permite que isso aconteça.
“Como parte destas observações, determinamos que a elevada metalicidade da atmosfera do GJ 3470b (é cerca de 100 vezes mais rica em metais do que o WASP-39b) pode conduzir a reações de produção de SO2 a temperaturas muito mais baixas”, explicou Beatty numa troca de e-mail. “Dito de outra forma, percebemos que toda a água ambiente e o dióxido de carbono na atmosfera de GJ-3470 b tornam o processo de recombinação para formar dióxido de enxofre muito mais eficiente do que em exoplanetas gigantes maiores como WASP-39b.”
Os astrónomos não conseguem juntar as peças da história da formação de um planeta sem um relato completo dos seus constituintes atmosféricos. Com uma lista completa, eles podem começar a contar a história de sua formação. “A descoberta de dióxido de enxofre num planeta tão pequeno como GJ 3470 b dá-nos mais um item importante na lista de ingredientes para a formação de planetas”, disse Beatty.
Mas há mais na história do planeta do que o SO2 e outros produtos químicos atmosféricos. Segue uma órbita polar, o que é uma forte pista de que o planeta foi expulso da sua órbita original. Também está extremamente perto da sua estrela e provavelmente perdeu grande parte da sua atmosfera, levada para o espaço pelo poderoso vento estelar da estrela. Pode ter perdido 40% de sua atmosfera.
“A história da migração que levou a esta órbita polar e à perda de toda esta massa – são coisas que normalmente não sabemos sobre outros alvos exoplanetários que estamos a observar”, disse Beatty. “Esses são passos importantes na receita que criou este planeta em particular e podem nos ajudar a entender como planetas como este são feitos.”
