O gás que borbulha de uma superfície coberta de lava no exoplaneta super-Terra 55 Cancri e pode alimentar uma atmosfera rica em dióxido de carbono ou monóxido de carbono, de acordo com uma nova pesquisa.
Uma impressão artística de 55 Cancri e. Crédito da imagem: NASA/ESA/CSA/R. Crawford, STScI.
55 Cancri e é um dos cinco planetas que orbitam a estrela semelhante ao Sol 55 Cancri A, localizada a 40 anos-luz de distância, na constelação de Câncer.
Descoberto em 2004, este planeta tem um raio duas vezes maior que o da Terra e uma massa 8 vezes maior, o que o torna a chamada super-Terra.
55 Cancri e orbita a sua estrela hospedeira a uma distância de 0,015 UA – cerca de 25 vezes mais perto do que Mercúrio está do nosso Sol – a cada 18 horas.
O planeta também está bloqueado pelas marés, o que significa que ele não gira como a Terra – em vez disso, há um lado “diurno” permanente e um lado “noturno”.
Estudos anteriores de 55 Cancri e usando dados do Telescópio Espacial Spitzer da NASA sugeriram a presença de uma atmosfera substancial rica em voláteis como oxigênio, nitrogênio e dióxido de carbono.
Mas os astrónomos não podiam descartar outra possibilidade: a de que o planeta esteja vazio, exceto por um tênue manto de rocha vaporizada, rico em elementos como silício, ferro, alumínio e cálcio.
“O planeta está tão quente que parte da rocha derretida deveria evaporar”, disse o Dr. Renyu Hu, astrônomo do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.
Para distinguir entre as duas possibilidades, o Dr. Hu e colegas usaram NIRCam de Webb (câmera infravermelha próxima) e MIRI (Instrumento de infravermelho médio) para medir luz infravermelha de 4 a 12 mícrons proveniente de 55 Cancri e.
Embora Webb não consiga capturar uma imagem direta do planeta, pode medir mudanças subtis na luz de todo o sistema à medida que o planeta orbita a estrela.
Ao subtrair o brilho durante o eclipse secundário, quando o planeta está atrás da estrela, do brilho quando o planeta está bem ao lado da estrela, os astrônomos foram capazes de calcular a quantidade de vários comprimentos de onda de luz infravermelha proveniente do lado diurno do planeta. .
Este método, conhecido como espectroscopia de eclipse secundário, é semelhante ao utilizado por outras equipas de investigação para procurar atmosferas noutros exoplanetas rochosos, como TRAPPIST-1b.
A primeira indicação de que 55 Cancri e poderia ter uma atmosfera substancial veio de medições de temperatura baseadas na sua emissão térmica, a energia térmica emitida na forma de luz infravermelha.
Se o planeta estiver coberto por rocha escura derretida com um fino véu de rocha vaporizada, ou não tiver atmosfera alguma, o lado diurno deverá estar em torno de 2.200 graus Celsius.
“Em vez disso, os dados do MIRI mostraram uma temperatura relativamente baixa de cerca de 1.540 graus Celsius”, disse o Dr.
“Esta é uma indicação muito forte de que a energia está sendo distribuída do lado diurno para o noturno, muito provavelmente por uma atmosfera rica em voláteis.”
Embora as correntes de lava possam transportar algum calor para o lado noturno, elas não conseguem movê-lo com eficiência suficiente para explicar o efeito de resfriamento.
Quando os investigadores analisaram os dados do NIRCam, viram padrões consistentes com uma atmosfera rica em voláteis.
Um espectro de emissão térmica capturado pelo instrumento NIRCam de Webb em novembro de 2022, e pelo instrumento MIRI em março de 2023, mostra o brilho (eixo y) de diferentes comprimentos de onda de luz infravermelha (eixo x) emitida pelo exoplaneta super-Terra 55 Cancri e. Crédito da imagem: NASA / ESA / CSA / J. Olmsted, STScI / R. Hu, JPL / A. Bello-Arufe, JPL / M. Zhang, Universidade de Chicago / M. Zilinskas, SRON Instituto Holandês de Pesquisa Espacial.
“Vemos evidências de uma queda no espectro entre 4 e 5 mícrons – menos dessa luz está chegando ao telescópio”, disse o Dr. Aaron Bello-Arufe, também do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.
“Isso sugere a presença de uma atmosfera contendo monóxido de carbono ou dióxido de carbono, ambos absorvendo esses comprimentos de onda de luz.”
“Um planeta sem atmosfera ou apenas rocha vaporizada numa atmosfera não teria esta característica espectral específica.”
“Esta é uma notícia emocionante”, disse a Dra. Yamila Miguel, astrônoma do Observatório de Leiden e do Instituto Holandês de Pesquisa Espacial.
“Passamos os últimos dez anos modelando diferentes cenários, tentando imaginar como seria este mundo. Finalmente obter alguma confirmação do nosso trabalho não tem preço.”
Os autores pensam que os gases que cobrem 55 Cancri e estariam a borbulhar do interior, em vez de estarem presentes desde a formação do planeta.
“A atmosfera primária já teria desaparecido há muito tempo devido à alta temperatura e à intensa radiação da estrela”, disse o Dr. Bello-Arufe.
“Esta seria uma atmosfera secundária que é continuamente reabastecida pelo oceano de magma. Magma não é apenas cristais e rochas líquidas, também contém muito gás dissolvido.”
Com toda a probabilidade, qualquer atmosfera que rodeie o planeta seria mais complexa e bastante variável como resultado das interações com o oceano de magma.
Além do monóxido de carbono ou dióxido de carbono, pode haver gases como nitrogênio, vapor de água, dióxido de enxofre, algumas rochas vaporizadas e até nuvens de vida curta feitas de minúsculas gotículas de lava condensadas do ar.
Embora 55 Cancri e seja demasiado quente para ser habitável, os cientistas pensam que poderá fornecer uma janela única para estudar as interações entre as atmosferas, superfícies e interiores de planetas rochosos, e talvez fornecer informações sobre a Terra primitiva, Vénus e Marte, que são acredita-se que no passado foram cobertos por oceanos de magma.
“Em última análise, queremos compreender que condições tornam possível a um planeta rochoso sustentar uma atmosfera rica em gás, um ingrediente chave para um planeta habitável”, disse o Dr.
O descobertas foram publicados na revista Natureza.
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R. Hu e outros. Uma atmosfera secundária no exoplaneta rochoso 55 Cancri e. Natureza, publicado on-line em 15 de abril de 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07432-x
