Novas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) estão lançando luz sobre um exoplaneta altamente incomum conhecido como TOI-5205 b, às vezes descrito como “proibido”. Os cientistas descobriram que a atmosfera deste planeta gigante contém menos material pesado do que a sua estrela hospedeira, um resultado surpreendente que pode remodelar a forma como os investigadores entendem as fases iniciais da formação de planetas gigantes.
Resultados, publicados O Jornal AstronômicoDe uma equipe internacional liderada por Caleb Cañas do Goddard Space Flight Center da NASA, com contribuições de Shubham Kanodia da Carnegie Science e outros.
Um planeta gigante orbita uma pequena estrela
TOI-5205 b orbita uma estrela do tamanho de Júpiter, mas muito menor, cerca de quatro vezes o tamanho de Júpiter e apenas 40% mais massiva que o Sol. Quando o planeta passa em frente da sua estrela num evento conhecido como “trânsito”, bloqueia cerca de seis por cento da luz da estrela.
Durante esses trânsitos, os astrônomos usaram espectrógrafos para separar o espectro em suas cores componentes. Esta técnica permite-lhes detectar a composição química da atmosfera do planeta e obter informações sobre como esta se formou e evoluiu ao lado da sua estrela hospedeira.
Um quebra-cabeça para a teoria da formação planetária
Os planetas geralmente se formam dentro de um disco giratório de gás e poeira que circunda uma estrela jovem. Embora este processo seja amplamente aceito, sistemas como o TOI-5205 b desafiam os modelos existentes. Planetas massivos orbitando estrelas pequenas e frias a distâncias próximas são difíceis de explicar usando a teoria atual.
Para investigar esses sistemas incomuns, Jessica Libby-Roberts de Canodia, Canas e da Universidade de Tampa lidera o maior programa de exoplanetas do Ciclo 2 do JWST, Red Dwarfs and Seven Giants. Este projeto centra-se em mundos raros como TOI-5205 b, frequentemente referidos como GEMS (para exoplanetas gigantes em torno de estrelas anãs M).
JWST detecta química atmosférica inesperada
TOI-5205 b foi confirmado pela primeira vez em 2023, quando Kanodia liderou observações de acompanhamento com base em dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA. Agora, os investigadores usaram o JWST para examinar detalhadamente a sua atmosfera pela primeira vez.
Após observar três trânsitos, a equipe encontrou um resultado inesperado. A atmosfera do planeta contém significativamente menos elemento mais pesado, hidrogênio, do que Júpiter. Ainda mais surpreendente, a sua metalicidade é inferior à da sua própria estrela hospedeira, ao contrário de qualquer planeta gigante estudado até agora.
Os dados também revelaram a presença de metano (CH4) e sulfeto de hidrogênio (H2S) na atmosfera.
Material pesado pode estar escondido bem no fundo
Para compreender melhor estes resultados, os investigadores Simon Müller e Ravit Haled da Universidade de Zurique utilizaram modelos avançados de interiores planetários. Os seus resultados sugerem que todo o planeta é cerca de 100 vezes mais rico em metais do que a sua atmosfera.
“Observámos uma metalicidade muito inferior à prevista pelos nossos modelos para a composição do planeta, que é calculada a partir de medições da massa e do raio de um planeta. Isto sugere que os seus elementos mais pesados migraram para dentro durante a formação e agora o seu interior e atmosfera não se estão a misturar,” explicou Kanodia. “Em resumo, estes resultados sugerem uma atmosfera planetária muito rica em carbono e pobre em oxigénio.”
Pesquisa GEMS e pesquisas futuras
O trabalho faz parte do estudo GEMS mais amplo, que visa estudar planetas gigantes que orbitam estrelas anãs M para compreender melhor a sua composição, estrutura interna e atmosfera. A equipe de pesquisa inclui os astrônomos da Carnegie Peter Gao, Johanna Tesk e Nicole Wallack, juntamente com a ex-bolsista de pós-doutorado da Carnegie, Anjali Piatt, que atualmente está na Universidade de Birmingham.
Contribuintes adicionais incluem Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica, Universidade Católica, Universidade de Maryland, Caltech, NASA Goddard, Universidade de St.
A correção para manchas estelares melhora a precisão
O grupo também é responsável pela interferência devido a manchas estelares na estrela hospedeira. Estas regiões escuras e ativas iluminam certos comprimentos de onda e podem distorcer as observações, mascarando partes do sinal atmosférico.
Ao corrigir esses efeitos, os pesquisadores melhoraram a precisão de suas medições. Wallack e Kanodia estão agora refinando essa abordagem em um novo projeto JWST focado no mesmo sistema. O seu trabalho pode ajudar a produzir resultados mais fiáveis em estudos futuros de planetas que orbitam estrelas ativas.
