Um planeta escaldante a cerca de 320 anos-luz de distância da Terra forneceu a primeira evidência direta de uma suposição fundamental sobre a formação planetária. Os astrónomos descobriram que WASP-189b partilha uma característica química importante com a sua estrela hospedeira, apoiando uma ideia de longa data que também ajuda os cientistas a investigar mundos potencialmente habitáveis. A descoberta veio das primeiras medições simultâneas de magnésio e silício gasosos na atmosfera de um exoplaneta, utilizando o telescópio Gemini Sul, parte do Observatório Internacional Gemini, que é parcialmente financiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e operado pela NSF NOIRLab.
Localizado a cerca de 320 anos-luz de distância, na constelação de Libra, WASP-189b pertence a uma categoria extrema de planetas chamados Júpiteres ultraquentes (UHJs). As temperaturas nestes mundos gigantes tornam-se tão intensas que mesmo substâncias normalmente encontradas em rochas sólidas podem transformar-se em gás. Portanto, elementos como magnésio (Mg), silício (Si) e ferro (Fe) podem ser detectados em sua atmosfera. Os astrónomos identificam estas substâncias através de espectroscopia, um método que separa a luz em diferentes comprimentos de onda para revelar os produtos químicos presentes.
Uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo estudante de graduação da Arizona State University (ASU), Jorge Antonio Sanchez, examinou WASP-189b com o espectrógrafo infravermelho de rede de imersão de alta resolução (IGRINS). Naquela época, o instrumento foi instalado no telescópio Gemini Sul, no Chile.(1)
Pela primeira vez, os investigadores conseguiram medir simultaneamente o magnésio e o silício na atmosfera de um planeta fora do nosso sistema solar. As suas observações revelaram que a proporção de magnésio para silício em WASP-189b corresponde estreitamente à encontrada na sua estrela-mãe. Este resultado fornece o primeiro suporte observacional direto para uma hipótese amplamente utilizada sobre as interações químicas entre estrelas e os seus planetas, fornecendo uma nova forma valiosa de investigar a origem e evolução dos planetas.
“Estas descobertas mostram o potencial do Gemini para nos ajudar a compreender as características do notável jardim zoológico de exoplanetas na nossa vizinhança solar”, diz Chris Davis, diretor do programa NSF do NOIRLab. “Descobertas como esta só são possíveis graças aos instrumentos de última geração do Gemini.”
Relação há muito suspeita entre estrelas e planetas
Os astrónomos acreditam que planetas gigantes como WASP-189b se formaram dentro de vastos discos de gás e poeira em torno de estrelas jovens. Estas estruturas, chamadas discos protoplanetários, fornecem a matéria-prima a partir da qual os planetas crescem. Pensa-se que a composição química da atmosfera exterior de um planeta gigante retém pistas sobre o ambiente onde se formou originalmente.
Dado que as estrelas e os discos que as rodeiam se originam da mesma nuvem de material, os cientistas há muito que assumem que contêm proporções semelhantes de elementos formadores de rocha. Em particular, espera-se que a proporção destes elementos no disco seja semelhante àquela medida na sua estrela central.
Esta relação tornou-se uma ferramenta importante para prever a composição de exoplanetas rochosos. No entanto, até agora esta noção foi apoiada principalmente por evidências do nosso próprio Sistema Solar. Os astrónomos não mediram diretamente uma relação semelhante num planeta que orbita outra estrela.
A descoberta envolvendo WASP-189b fornece evidências observacionais que faltam, fortalecendo a base científica para o uso da química estelar para compreender os materiais a partir dos quais os planetas distantes se formam.
“WASP-189b fornece-nos uma base observacional muito necessária na nossa compreensão da formação de planetas terrestres porque fornece uma quantidade mensurável que valida a similaridade prevista da composição estelar e a proporção de material rochoso em torno das estrelas hospedeiras que é usado para formar planetas,” diz Sanchez.
O que a química planetária pode nos dizer sobre a habitabilidade?
As implicações vão além da compreensão de como os planetas se unem. Esta relação química também é importante na astronomia, que investiga a possibilidade de vida fora da Terra e as condições ambientais que a sustentam, incluindo ambientes habitáveis dentro do nosso Sistema Solar.
Ao estudar os elementos presentes numa estrela, os astrónomos poderão estimar as quantidades relativas de materiais formadores de rocha disponíveis nos seus planetas. Esses materiais influenciam a estrutura interna, a atividade geológica e o ambiente químico de um planeta, os quais podem influenciar o desenvolvimento de condições adequadas para a vida.
A Terra fornece um exemplo familiar. Os elementos que constituem o nosso planeta ajudam a determinar processos como as placas tectónicas, a origem do seu campo magnético protetor e o movimento de produtos químicos essenciais na atmosfera, nos oceanos e no solo. Juntos, esses processos contribuem para o ambiente que permite que a vida floresça.
À medida que os investigadores trabalham no estudo mais detalhado de pequenos exoplanetas rochosos, torna-se cada vez mais importante estabelecer uma ligação fiável entre a química estelar e a estrutura planetária. As descobertas do WASP-189b constituem um passo importante nessa direção.
Telescópios poderosos abrem uma nova janela para ambientes alienígenas
A aquisição destas medições requer instrumentos capazes de distinguir detalhes extremamente finos na luz recolhida nas atmosferas de planetas distantes. Segundo os pesquisadores, a resolução espectral necessária para tal análise só está disponível atualmente através de telescópios terrestres.
“Nosso estudo demonstra a capacidade dos espectrógrafos terrestres de alta resolução de restringir espécies importantes como o magnésio e o silício, que são dois blocos de construção fundamentais a partir dos quais os planetas rochosos se formam”, diz o coautor do estudo Michael Line, professor associado da ASU. “Esta capacidade melhorada abre uma dimensão inteiramente nova no nosso estudo das atmosferas dos exoplanetas.”
A equipa espera fazer observações futuras usando múltiplos comprimentos de onda e instrumentos igualmente precisos para descobrir uma gama mais ampla de elementos nas atmosferas dos exoplanetas. Construir uma imagem mais completa das suas composições químicas poderia fornecer pistas adicionais sobre como os planetas se formam, como mudam ao longo do tempo e que condições podem ser habitáveis.
Ao ligar a química de um planeta distante à sua estrela, os astrónomos têm agora novas evidências que apoiam uma teoria que poderá ajudar a orientar a procura de mundos potencialmente habitáveis na galáxia.
notas
- O IGRINS servirá como instrumento visitante na Gemini South entre 2022 e 2023 antes de retornar à sua instituição de origem. O seu desempenho bem-sucedido levou ao desenvolvimento de uma versão atualizada, o IGRINS-2, que mais tarde foi encomendado como instrumento de instalação permanente para o Telescópio Gemini Norte, no Havaí.
