Webb encontra uma atmosfera escondida em uma super-Terra derretida

As suas observações da super-Terra ultraquente TOI-561 b indicam que este exoplaneta está provavelmente envolto numa espessa camada de gases situada acima de um oceano global de rocha derretida.

A equipe relatou os resultados em 11 de dezembro em As cartas do jornal astrofísico. Eles explicam que os novos dados ajudam a explicar a densidade surpreendentemente baixa do planeta e desafiam a ideia de longa data de que planetas relativamente pequenos que orbitam muito perto das suas estrelas não conseguem manter atmosferas.

Órbita extrema e super-Terra de período ultracurto

TOI-561 b tem um raio cerca de 1,4 vezes o da Terra e completa uma órbita em menos de 11 horas, colocando-o num grupo raro conhecido como exoplanetas de período ultracurto.

A sua estrela hospedeira é apenas ligeiramente mais pequena e mais fria que o Sol, mas TOI-561 b orbita-a a uma distância extremamente próxima – menos de um milhão de milhas ou um quadragésimo da distância entre Mercúrio e o Sol – o que quase certamente fixa um lado permanentemente virado para a estrela. Neste interminável período diurno, espera-se que as temperaturas subam muito além do ponto de fusão das rochas típicas.

O coautor, Dr. Anjali Piette, da Universidade de Birmingham, disse:”Nós realmente precisamos de uma atmosfera espessa e rica em voláteis para explicar todas as observações. Ventos fortes resfriariam o lado diurno, transportando o calor para o lado noturno.

“Gases como o vapor de água absorveriam alguns comprimentos de onda da luz infravermelha próxima emitida pela superfície antes de subirem pela atmosfera. O planeta pareceria mais frio porque o telescópio detecta menos luz, mas também é possível que existam nuvens brilhantes de silicato que resfriam a atmosfera ao refletir a luz das estrelas.”

Sondando a incomum baixa densidade do planeta

Uma possível explicação que os investigadores exploraram para a baixa densidade do planeta é que TOI-561 b pode conter um núcleo de ferro relativamente pequeno juntamente com um manto feito de rocha que é menos denso que o interior da Terra.

A autora principal, Johanna Teske, cientista do Carnegie Science Earth and Planets Laboratory, disse:”O que realmente diferencia este planeta é a sua densidade anormalmente baixa. É menos denso do que seria de esperar se tivesse uma composição semelhante à da Terra.

“TOI-561 b distingue-se entre os planetas de período ultracurto porque orbita uma estrela muito antiga e pobre em ferro – duas vezes mais velha que o nosso Sol – numa região da Via Láctea conhecida como disco espesso. Deve ter-se formado num ambiente químico muito diferente dos planetas do nosso próprio sistema solar.”

Por causa disso, a composição do planeta pode assemelhar-se a mundos que se formaram quando o próprio universo ainda era relativamente jovem.

Uma espessa atmosfera acima de um oceano global de magma

A equipe também propôs que o TOI-561 b poderia estar envolto em uma atmosfera substancial que faria o planeta parecer maior do que apenas o seu corpo sólido. Embora a teoria sugira que pequenos planetas deixados durante milhares de milhões de anos sob intensa radiação estelar devam perder todos os gases que já tiveram, alguns desses mundos ainda mostram sinais de que não são apenas rocha nua ou lava exposta.

Usando o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb para medir a temperatura diurna do planeta com base em seu brilho no infravermelho próximo, os pesquisadores testaram a ideia de que TOI-561 b tem uma atmosfera. O método envolve rastrear a queda no brilho do sistema combinado de estrelas e planetas quando o planeta se move atrás da estrela. É semelhante às técnicas utilizadas para procurar atmosferas no sistema TRAPPIST-1 e em outros pequenos exoplanetas rochosos.

Se TOI-561 b fosse simplesmente uma superfície rochosa nua, sem atmosfera para mover o calor para o lado noturno, seu hemisfério iluminado deveria atingir cerca de 4.900 graus Fahrenheit (2.700 graus Celsius). Em vez disso, os dados do NIRSpec indicam que a temperatura diurna está mais próxima dos 1.800 graus Celsius (3.200 graus Fahrenheit) – ainda extremamente quente, mas significativamente mais fria do que o esperado.

Testando transporte de calor e cenários atmosféricos

Para dar conta desta temperatura abaixo do esperado, os pesquisadores avaliaram vários cenários. Um oceano global de magma poderia mover algum calor do lado diurno para o lado noturno, mas sem uma atmosfera o lado permanentemente escuro solidificar-se-ia, limitando a quantidade de energia que poderia ser redistribuída. Poderia existir uma fina camada de vapor de rocha sobre a superfície fundida, mas por si só isso não proporcionaria resfriamento suficiente para corresponder às observações.

Embora as medições de Webb apoiem fortemente a presença de uma atmosfera, permanece um importante enigma: como pode um planeta relativamente pequeno que é bombardeado por uma radiação tão intensa manter qualquer atmosfera, especialmente uma que parece tão substancial?

O coautor Tim Lichtenberg, da Universidade de Groningen, na Holanda, disse: “Pensamos que existe um equilíbrio entre o oceano de magma e a atmosfera. Enquanto os gases saem do planeta para alimentar a atmosfera, o oceano de magma os suga de volta para o interior. Este planeta deve ser muito, muito mais rico em voláteis do que a Terra para explicar as observações. É realmente como uma bola de lava molhada.”

A longa visão de Webb sobre o TOI-561 b e sua missão mais ampla

Estas descobertas vêm dos primeiros resultados do Programa de Observadores Gerais 3860 de Webb, que monitorizou o sistema continuamente durante mais de 37 horas enquanto TOI-561 b completava quase quatro órbitas completas da sua estrela. A equipa está agora a estudar detalhadamente o conjunto completo de dados para traçar como a temperatura varia em todo o planeta e para melhor definir a composição da sua atmosfera.

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).