Os astrónomos detectaram algo surpreendente num gigante gasoso distante: nuvens de água gelada. A descoberta foi feita por uma equipe liderada por Elizabeth Matthews, do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA), e desafia muitos modelos existentes sobre como as atmosferas dos exoplanetas se comportam. O planeta, conhecido como Epsilon Indi Ab, é semelhante a Júpiter, mas a sua atmosfera parece ser mais complexa do que o esperado. O método de observação utilizado neste estudo também marca um passo importante em direção ao objetivo de longo prazo de encontrar e estudar Terras semelhantes a planetas.
A busca por planetas fora do nosso sistema solar evoluiu ao longo de décadas. Os cientistas esperam eventualmente detectar sinais de vida em Terras distantes, talvez nas próximas décadas. O esforço inicial, de 1995 a cerca de 2022, concentrou-se principalmente na descoberta de novos exoplanetas. Os pesquisadores confiaram em técnicas indiretas que poderiam revelar a massa e o tamanho de um planeta, ou às vezes ambos.
O lançamento do Telescópio Espacial James Webb (JWST) em 2022 marca o início de uma nova fase. Pela primeira vez, os astrónomos podem estudar detalhadamente as atmosferas de muitos exoplanetas, obtendo informações sobre a sua estrutura e composição. No entanto, esta fase ainda está a um passo da detecção direta de vida, o que exigirá telescópios mais avançados no futuro.
As pesquisas mais recentes levam essas técnicas ainda mais longe, embora ainda não tenham como alvo o planeta como a Terra. A principal autora do estudo, Elizabeth Matthews (Instituto Max Planck de Astronomia), explicou: “O JWST está finalmente nos permitindo estudar planetas análogos do sistema solar em detalhes. Se fôssemos alienígenas, a vários anos-luz de distância, e olhando para o Sol, o JWST é o primeiro telescópio que nos permite estudar Júpiter, no entanto, precisaríamos de um estudo mais detalhado do telescópio.”
Por que Júpiter é tão difícil de estudar como exoplaneta?
Apesar das capacidades do JWST, estudar planetas semelhantes a Júpiter tem sido difícil. A maioria dos gigantes gasosos observados até agora são muito mais quentes que Júpiter. Isto porque o método mais comum de estudar atmosferas de exoplanetas exige que o planeta passe em frente da sua estrela da perspectiva da Terra. Os planetas mais próximos das suas estrelas têm maior probabilidade de se alinharem desta forma, mas também são mais quentes.
Para contornar essa limitação, Matthews e sua equipe usaram uma abordagem diferente. O seu trabalho fornece uma das visões mais próximas de um verdadeiro análogo de Júpiter e revela uma característica inesperada.
Usando o instrumento de infravermelho médio MIRI do JWST, a equipe fotografou diretamente o Epsilon Indi Ab. Este planeta orbita a estrela Epsilon Indi na constelação do Indo (no céu meridional). De acordo com Bhavesh Rajput, um estudante de doutoramento no MPIA que contribuiu para o estudo, “Este planeta é consideravelmente mais massivo que Júpiter – o novo estudo fixa-o em 7,6 massas de Júpiter – mas tem um diâmetro quase igual ao do seu primo do Sistema Solar.”
Um monstro frio com calor persistente
Epsilon Indi Ab orbita cerca de quatro vezes mais longe de sua estrela do que Júpiter do Sol. A sua estrela hospedeira é ligeiramente menor e mais fria que o Sol, o que mantém a temperatura do planeta relativamente baixa. A temperatura da sua superfície é estimada em 200 a 300 Kelvin (entre -70 e +20 graus Celsius).
No entanto, o planeta é mais quente que Júpiter, com uma temperatura de cerca de 140 K. Os cientistas acreditam que este calor extra provém do calor residual da formação do planeta. Ao longo de bilhões de anos, espera-se que Epsilon Indi Ab esfrie e eventualmente se torne ainda mais frio que Júpiter.
Para observar o planeta, os astrónomos usaram um coronógrafo do instrumento MIRI para interceptar a luz brilhante da estrela hospedeira. Isso lhes permitiu detectar o brilho fraco do planeta. Eles capturaram as imagens usando um filtro de 11,3 μm, que fica fora de um comprimento de onda associado à molécula de amônia NH3. Ao comparar estas observações com imagens anteriores tiradas em 2024 a 10,6 μm, a equipa conseguiu estimar a quantidade de amónia presente. (Aliás, tanto a roda de filtros mecânicos quanto o filtro que colocou o coronógrafo na frente da câmera MIRI foram construídos no MPIA, uma das contribuições alemãs para o JWST.)
Pontos de evidência de nuvens de água gelada
Na atmosfera de Júpiter, o gás amônia e as nuvens de amônia dominam as camadas superiores visíveis. Com base em suas propriedades, também se esperava que o Epsilon Indi Ab contivesse grandes quantidades de gás amônia, mas não uma nuvem de amônia. Em vez disso, as observações revelaram menos amônia do que o previsto.
A explicação mais provável é a presença de nuvens de água gelada densas, mas irregulares, semelhantes às nuvens cirros no alto da atmosfera da Terra – uma complicação inesperada.
Os astrônomos geralmente interpretam esses dados comparando as observações com modelos computacionais da atmosfera do planeta. No entanto, muitos modelos existentes não incluem nuvens porque são difíceis de simular. Esta descoberta destaca a necessidade de melhorar esses modelos. James Mang (Universidade do Texas em Austin), co-autor do estudo, observa: “É um grande problema e demonstra o enorme progresso que estamos a fazer graças ao JWST. O que antes parecia impossível de detectar está agora ao nosso alcance, permitindo-nos sondar a composição desta atmosfera, incluindo a presença de nuvens. Agora revela camadas complexas que revelam novamente as nossas camadas complexas. Caracterização mais detalhada deste mundo frio e distante.” a porta.”
O futuro está olhando para frente com um telescópio
Observações futuras poderão fornecer uma visão mais clara destas nuvens. O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, do qual a MPIA é parceira, deverá ser lançado em 2026-2027 e deverá ser adequado para detectar diretamente nuvens reflexivas de gelo de água.
Enquanto isso, Matthews e seus colegas estão buscando tempo adicional de observação do JWST para estudar planetas mais frios, semelhantes a Júpiter. À medida que os investigadores continuam a aperfeiçoar as suas técnicas, estão a lançar as bases para estudar Terras semelhantes à Terra no futuro e, em última análise, procurar sinais de vida para além do nosso sistema solar.
Informações básicas
Os resultados descritos aqui são publicados como EC Matthews et al., “Segunda visita do Eps Ind Ab ao JWST: nova fotometria confirma amônia e sugere nuvens espessas na atmosfera do exoplaneta super-Júpiter mais próximo”. Cartas de diários astrofísicos.
Os investigadores do MPIA envolvidos são Elizabeth Matthews e Bhavesh Rajput, em colaboração com James Mang e Carolyn Morley (Universidade do Texas em Austin), Erin Carter e Mathilde Malin (Space Telescope Science Institute), e outros.
