Uma quantidade surpreendentemente baixa de metano e um núcleo superdimensionado escondem-se dentro do WASP-107b, um exoplaneta super-Netuno a aproximadamente 212 anos-luz de distância, na constelação de Virgem, de acordo com dois novos artigos publicados no Diário Natureza.
Este conceito artístico mostra como poderia ser o exoplaneta WASP-107b com base em dados recentes recolhidos pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, juntamente com observações anteriores do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e outros observatórios. Crédito da imagem: NASA/ESA/CSA/Ralf Crawford, STScI.
WASP-107 é uma estrela altamente ativa da sequência principal do tipo K localizada a cerca de 212 anos-luz de distância, na constelação de Virgem.
Primeiro descoberto em 2017, WASP-107b é um dos exoplanetas menos densos conhecidos – um tipo que os astrofísicos apelidaram de planetas ‘super-puff’ ou ‘algodão doce’.
O planeta orbita muito perto da estrela – mais de 16 vezes mais perto do que a Terra está do Sol – uma vez a cada 5,7 dias.
Tem uma das atmosferas mais frias de todos os exoplanetas descobertos, embora a 500 graus Celsius (932 graus Fahrenheit) ainda seja radicalmente mais quente que a Terra.
Acredita-se que a alta temperatura seja resultado do aquecimento das marés causado pela órbita ligeiramente não circular do planeta, e pode explicar como o WASP-107b pode ser tão inflado sem recorrer a teorias extremas sobre como se formou.
“Com base em seu raio, massa, idade e temperatura interna presumida, pensamos que WASP-107b tinha um núcleo rochoso muito pequeno cercado por uma enorme massa de hidrogênio e hélio”, disse o Dr. Luis Welbanks da Arizona State University, principal autor do estudo. o primeiro artigo.
“Mas era difícil compreender como é que um núcleo tão pequeno conseguia absorver tanto gás e depois parar de se transformar totalmente num planeta com a massa de Júpiter.”
“Se, em vez disso, WASP-107b tiver mais massa no núcleo, a atmosfera deveria ter se contraído à medida que o planeta esfriou ao longo do tempo, desde que se formou.”
“Sem uma fonte de calor para reexpandir o gás, o planeta deveria ser muito menor.”
“WASP-107b é um alvo muito interessante para Webb porque é significativamente mais frio e tem massa mais semelhante a Netuno do que muitos dos outros planetas de baixa densidade, os Júpiteres quentes, que temos estudado”, disse o Dr. Sing, autor principal do segundo artigo.
“Como resultado, deveremos ser capazes de detectar metano e outras moléculas que podem nos fornecer informações sobre a sua química e dinâmica interna que não conseguiríamos obter num planeta mais quente.”
O raio gigante, a atmosfera estendida e a órbita lateral do WASP-107b tornam-no ideal para espectroscopia de transmissão, um método usado para identificar os vários gases na atmosfera de um exoplaneta com base em como eles afetam a luz das estrelas.
Combinando observações de Webb Câmera infravermelha próxima (NIRCam) e Instrumento de infravermelho médio (MIRI) e do Hubble Câmera de campo amplo 3 (WFC3), o Dr. Welbanks e colegas conseguiram construir um amplo espectro de luz de 0,8 a 12,2 mícrons absorvida pela atmosfera do WASP-107b.
Usando Webb Espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec), o Dr. Sing e colegas construíram um espectro independente cobrindo 2,7 a 5,2 mícrons.
A precisão dos dados torna possível não apenas detectar, mas realmente medir a abundância de uma grande variedade de moléculas, incluindo vapor de água, metano, dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de enxofre e amônia.
Ambos os espectros mostram uma surpreendente falta de metano na atmosfera do WASP-107b: um milésimo da quantidade esperada com base na temperatura assumida.
“Esta é uma evidência de que o gás quente das profundezas do planeta deve estar misturando-se vigorosamente com as camadas mais frias mais acima”, disse o Dr.
“O metano é instável em altas temperaturas. O facto de termos detetado tão pouco, apesar de termos detetado outras moléculas contendo carbono, diz-nos que o interior do planeta deve ser significativamente mais quente do que pensávamos.”
Uma provável fonte de energia interna extra do WASP-107b é o aquecimento das marés causado pela sua órbita ligeiramente elíptica.
Com a distância entre a estrela e o planeta mudando continuamente ao longo da órbita de 5,7 dias, a atração gravitacional também está mudando, esticando o planeta e aquecendo-o.
Os astrônomos já haviam proposto que o aquecimento das marés poderia ser a causa do inchaço do WASP-107b, mas até que os resultados do Webb fossem divulgados, não havia nenhuma evidência.
Depois de estabelecerem que o planeta tem calor interno suficiente para agitar completamente a atmosfera, os investigadores perceberam que os espectros também poderiam fornecer uma nova forma de estimar o tamanho do núcleo.
“Se soubermos quanta energia existe no planeta, e soubermos que proporção do planeta é composta por elementos mais pesados como carbono, nitrogênio, oxigênio e enxofre, versus quanto é hidrogênio e hélio, podemos calcular quanta massa deve haver em o núcleo”, disse o Dr. Daniel Thorngren, da Universidade Johns Hopkins.
“Acontece que o núcleo tem pelo menos duas vezes a massa do que foi originalmente estimado, o que faz mais sentido em termos de como os planetas se formam.”
“No geral, o WASP-107b não é tão misterioso quanto parecia.”
“Os dados do Webb dizem-nos que planetas como WASP-107b não tiveram de se formar de uma forma estranha, com um núcleo superpequeno e um enorme envelope gasoso,” disse o Dr. Mike Line, da Universidade Estatal do Arizona.
“Em vez disso, podemos pegar algo mais parecido com Netuno, com muita rocha e menos gás, apenas aumentar a temperatura e aumentar a aparência para ter a aparência que tem.”
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L. Welbanks e outros. Um alto fluxo de calor interno e um grande núcleo em um exoplaneta quente de Netuno. Natureza, publicado on-line em 20 de maio de 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07514-w
DK cantar e outros. O metano quente de Netuno revela a massa central e uma mistura atmosférica vigorosa. Natureza, publicado on-line em 20 de maio de 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07395-z
