O Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA detetou uma estratosfera, uma das camadas principais da atmosfera da Terra, no exoplaneta quente e gigante conhecido como WASP-33b.
A presença de uma estratosfera pode proporcionar pistas sobre a composição de um planeta e o modo como foi formado. Esta camada atmosférica inclui moléculas que absorvem a luz visível e ultravioleta, agindo como uma espécie de “protetor solar” para o planeta que rodeia. Até agora, os cientistas não tinham a certeza se estas moléculas seriam encontradas nas atmosferas de planetas grandes e extremamente quentes em redor de outras estrelas.
Estes resultados foram publicados na edição de 12 de junho da revista The Astrophysical Journal.
“Alguns desses planetas têm atmosferas superiores tão quentes, que essencialmente fervem para o espaço,” afirma Avi Mandell, cientista planetário do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado americano de Maryland. “Não esperamos necessariamente, e a estas temperaturas, encontrar uma atmosfera com moléculas que possam levar a estas estruturas em camadas múltiplas.”
Na atmosfera da Terra, a estratosfera fica por cima da troposfera – a região turbulenta e meteorologicamente ativa que vai do solo até ao topo das nuvens mais altas. Na troposfera, a temperatura é mais quente na secção inferior – nível do solo – e arrefece a altitudes mais elevadas.
A estratosfera é exatamente o oposto. Nesta camada, a temperatura aumenta com a altitude, um fenómeno chamado inversão de temperatura. Na Terra, a inversão de temperatura ocorre porque o ozono na estratosfera absorve grande parte da radiação ultravioleta do Sol, impedindo-a de alcançar a superfície, protegendo a biosfera e, portanto, aquecendo ao invés a estratosfera.
Inversões de temperaturas similares ocorrem nas estratosferas de outros planetas do nosso Sistema Solar como Júpiter e Saturno. Nestes casos, o culpado é um grupo diferente de moléculas chamadas hidrocarbonetos. No entanto, nem o ozono nem os hidrocarbonetos conseguem sobreviver às altas temperaturas da maioria dos planetas extrasolares conhecidos. Isto levou a um debate acerca da existência de estratosferas em exoplanetas.
Usando o Hubble, os investigadores resolveram este debate ao identificarem uma inversão de temperatura na atmosfera de WASP-33b, que tem cerca de quatro vezes e meia a massa de Júpiter. Os membros da equipa também suspeitam que o responsável pela inversão de temperatura na estratosfera de WASP-33b seja o óxido de titânio.
“Estas duas linhas de evidência criam um caso muito convincente para a deteção de uma estratosfera num exoplaneta,” afirma Korey Haynes, autora principal do estudo. Haynes foi estudante da Universidade George Mason em Fairfax, Virginia, EUA, e trabalhava com Mandell quando a pesquisa foi realizada.
Os cientistas analisaram observações feitas pelo coautor Draken Deming (Universidade de Maryland em College Park) com o instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble. O WFC3 consegue capturar um espectro na região do infravermelho próximo onde a assinatura da água aparece. Os cientistas podem usar o espectro para identificar a água e outros gases na atmosfera de um planeta distante e determinar a sua temperatura.
Haynes e colegas usaram as observações do Hubble e dados de estudos anteriores para medir a emissão de água e assim compará-la com a emissão de gases mais profundos na atmosfera. A equipa determinou que a emissão da água era produzida na estratosfera a cerca de 3.300º C. O resto da emissão vem de gases mais profundos na atmosfera, a uma temperatura de mais ou menos 1.650º C.
A equipa também apresentou a primeira evidência observacional de que a atmosfera de WASP-33b contém óxido de titânio, um de poucos compostos que age como um forte absorvente de radiação visível e ultravioleta e que é capaz de permanecer no estado gasoso numa atmosfera tão quente como esta.
“É fundamental compreender as ligações entre as estratosferas e as composições químicas a fim de estudar os processos atmosféricos dos exoplanetas,” afirma Nikku Madhusudhan, da Universidade de Cambridge, Reino Unido. “A nossa descoberta marca um avanço importante nesta direção.”
