Usando o MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) a bordo do Telescópio Espacial James Webb (JWST), uma equipe internacional liderada pelo ex-aluno de doutorado do MPIA (Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha), Sebastian Ziba (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, MPIA, Cambridge, Cambridge, Diretor dos EUA). (Investigador Principal), investigou a composição da superfície do exoplaneta rochoso LHS 3844b. Indo além do estudo das atmosferas, este trabalho centra-se na geologia dos planetas que orbitam outras estrelas, proporcionando uma visão mais profunda da sua natureza. Os resultados são publicados na revista Astronomia da Natureza.
LHS 3844 b é um mundo rochoso com cerca de 30% do tamanho da Terra que orbita uma estrela anã vermelha fria em apenas 11 horas. Orbita muito perto da sua estrela, cerca de três diâmetros estelares acima da superfície. O planeta está bloqueado pelas marés, o que significa que um lado fica permanentemente voltado para a estrela e o outro está na escuridão. As temperaturas médias diurnas atingem cerca de 1.000 Kelvin (cerca de 725 °C ou 1.340 °F). O sistema está relativamente próximo da Terra, a uma distância de 48,5 anos-luz (14,9 parsecs).
“Graças à incrível sensibilidade do JWST, podemos detectar a luz vinda diretamente da superfície deste planeta rochoso distante. Vemos uma rocha escura, quente e estéril, sem atmosfera”, disse Laura Kreidberg, MPIA.
A sua aparência escura sugere que pode assemelhar-se a uma versão ampliada da Lua ou de Mercúrio. Esta conclusão veio da análise da radiação infravermelha emitida pelo lado diurno quente do planeta. Os cientistas não podem fotografar planetas diretamente. Em vez disso, medem mudanças subtis no brilho da luz combinada das estrelas e dos planetas em órbita à medida que se movem.
O MIRI examinou as emissões infravermelhas entre 5 e 12 micrômetros, dividindo a luz em intervalos menores de comprimento de onda e medindo a intensidade em cada um. Este processo cria um espectro semelhante a um arco-íris que revela como a luz é distribuída em diferentes comprimentos de onda. Observações anteriores do Telescópio Espacial Spitzer forneceram dados adicionais que fortaleceram a análise.
Uma crosta semelhante à da Terra está descartada
A pesquisa em geologia de exoplanetas baseia-se no conhecimento adquirido em estudos da Terra e de outros corpos rochosos do Sistema Solar. A equipa comparou as suas observações com modelos informáticos e bibliotecas de rochas e minerais conhecidos da Terra, da Lua e de Marte. Estas comparações mostram que o LHS 3844 b não possui uma crosta semelhante à da Terra, que é tipicamente rica em minerais de silicato, como o granito.
Esta descoberta não é inesperada, já que a Terra é única no Sistema Solar por ter tal crosta. Ainda assim, fornece pistas sobre o passado do planeta. Na Terra, a crosta rica em silicatos forma-se através de processos de longo prazo que envolvem actividade tectónica e muitas vezes requerem água. A rocha é repetidamente derretida e reciclada, permitindo que elementos mais leves subam e formem a crosta.
“Como LHS 3844b não possui essa crosta de silicato, pode-se concluir que as placas tectônicas semelhantes às da Terra não se aplicam a este planeta, ou que são ineficazes”, disse Sebastian Ziba. “Este planeta provavelmente tem pouca água.”
Uma superfície rica em basalto
Em vez de material semelhante ao granito, os dados apontam para uma superfície feita de basalto ou rochas semelhantes ao manto, semelhante ao material vulcânico encontrado na Terra ou na Lua. Os pesquisadores realizaram uma comparação estatística detalhada entre os espectros observados e as diferentes misturas possíveis de minerais.
Eles descobriram que grandes áreas de basalto sólido, ou rocha magmática, correspondiam melhor aos dados. Essas rochas são ricas em magnésio e ferro e podem conter minerais como a olivina. Fragmentos de rocha quebrada, como seixos, também se ajustam razoavelmente bem, enquanto pós finos ou poeira não correspondem às observações devido apenas à sua aparência brilhante.
Sem uma atmosfera para protegê-lo, o planeta está constantemente exposto à intensa radiação dos impactos de suas estrelas e meteoritos. Esses processos decompõem lentamente a rocha e mudam sua superfície.
“Acontece que estes processos não dissolvem apenas lentamente rochas sólidas em regolito, uma camada de grãos finos ou pó encontrada na Lua”, explica Ziba. “Eles escureceram a camada adicionando ferro e carbono, tornando as propriedades do regolito mais consistentes com as observações.”
Lava fresca ou poeira antiga
Os dados apoiam duas explicações possíveis para a superfície do planeta. Um cenário sugere uma paisagem dominada por rochas basálticas sólidas relativamente frescas. Neste caso, a atividade geológica recente, como o vulcanismo extenso, teria regenerado o planeta.
O segundo cenário envolve uma superfície escura, mas um espaço moldado pela exposição a longo prazo. Com o tempo, o desgaste criará extensas camadas de regolito escuro, semelhantes à superfície empoeirada vista na Lua ou em Mercúrio. Esta explicação implica que o planeta esteve geologicamente inativo durante muito tempo.
Procurando sinais de atividade
Estas duas possibilidades diferem quanto ao facto de o planeta ainda estar geologicamente activo. Na Terra e em outros mundos ativos, os processos vulcânicos liberam gases no ambiente circundante. Um desses gases é o dióxido de enxofre (SO2), comumente associado a vulcões.
Se o LHS 3844 b estivesse atualmente ativo, o MIRI provavelmente teria detectado este gás. Mas nenhum sinal desse tipo foi encontrado. Esta ausência sugere que a atividade vulcânica recente torna mais plausível o cenário improvável, intemperizado e inativo da superfície. Se estiver correto, o planeta pode se parecer muito com Mercúrio.
Para responder a esta questão, a equipa está a realizar mais observações com o JWST. Estas novas medições visam detectar diferenças subtis na forma como a rocha sólida e o material solto emitem e reflectem luz. A forma como a luz é emitida em diferentes ângulos depende da textura da superfície, o que pode revelar se a superfície é uma rocha lisa ou um material áspero e pulverulento. Este método já foi usado com sucesso para estudar asteróides do sistema solar.
“Estamos confiantes de que a mesma técnica nos permitirá esclarecer a natureza da crosta de LHS 3844 b e, no futuro, a natureza de outros exoplanetas rochosos”, concluiu Kreidberg.
Informações adicionais
Laura Kreidberg é a única astrônoma do MPIA envolvida neste estudo.
Outros pesquisadores são: Sebastian Ziba (Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian, Cambridge, EUA), Brandon P. Coy (Departamento de Ciências Geofísicas, Universidade de Chicago, EUA), Aaron Bello-Aruffe (Laboratório de Propulsão a Jato, California Paravision Institute, EUA) Paravision Institute, EUA (EUA). de Ciências Geológicas e Planetárias, Instituto de Tecnologia da Califórnia, Pasadena, EUA), Jintong Liu (Universidade de Pequim, Pequim, China), Renyu Hu (Universidade Estadual da Pensilvânia, University Park, EUA e JPL), Aishwarya Iyer (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, EUA), Universität Germany, Univ.
As observações do JWST usadas neste estudo foram conduzidas como parte do Programa GO #1846 (PI: Laura Kreidberg, co-PI: Renyu Hu) “Uma busca por assinaturas de vulcanismo e geodinâmica no exoplaneta rochoso quente LHS 3844 b.”
O consórcio MIRI é composto por estados membros da ESA (Agência Espacial Europeia): Bélgica, Dinamarca, França, Alemanha, Irlanda, Países Baixos, Espanha, Suécia, Suíça e Reino Unido. Organizações científicas nacionais financiam o trabalho do consórcio – na Alemanha, a Sociedade Max Planck (MPG) e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR). As instituições alemãs participantes incluem o Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, a Universidade de Colônia e a Hensolt AG em Oberkochen, antiga Carl Zeiss Optronics.
O Telescópio Espacial James Webb é o observatório líder mundial para pesquisas espaciais. É um programa internacional liderado pela NASA e pelos seus parceiros ESA e CSA (Agência Espacial Canadense).
O Telescópio Espacial Spitzer foi operado pelo Laboratório de Propulsão a Jato do Instituto de Tecnologia da Califórnia, sob contrato com a NASA.
