Os investigadores encontraram evidências da existência de um novo tipo de planeta a que chamaram “mundo de água”, onde a água constitui uma grande fração de todo o planeta.
Estes mundos, descobertos num sistema planetário a 218 anos-luz de distância, são diferentes de todos os planetas do nosso Sistema Solar.
A equipa, liderada por Carolina Piaulet do iREx (Institute for Research on Exoplanets) da Universidade de Montreal, publicou um estudo detalhado de um sistema planetário conhecido como Kepler-138 na revista Nature Astronomy.
Piaulet, que é membro da equipa de investigação de Björn Benneke na Universidade de Montreal, observou os exoplanetas Kepler-138 c e Kepler-138 d tanto com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA como com o Telescópio Espacial Spitzer da NASA.
A observação permitiu descobrir que os planetas podem ser compostos em grande parte por água.
A água não foi diretamente detetada, mas ao comparar as dimensões e massas dos planetas com modelos, concluiu que uma fração significativa do seu volume – até metade – deve ser feita de materiais mais leves do que rocha, mas mais pesados do que o hidrogénio ou hélio (que constituem a maior parte dos planetas gigantes gasosos como Júpiter).
O material candidato mais comum é a água.
“Antes pensávamos que os planetas que eram um pouco maiores do que a Terra eram grandes bolas de metal e rocha, como versões escaladas da Terra, e foi por isso que lhes chamámos super-Terras“, explicou Benneke.
NASA, ESA e Leah Hustak (STScI)
Nesta ilustração a super-terra Kepler-138 d está em primeiro plano. À esquerda, o planeta Kepler-138 c, e ao fundo o planeta Kepler-138 b, visto em silhueta a transitar a sua estrela central. Kepler 138 é uma estrela anã vermelha, localizada a 218 anos-luz de distância
“Contudo, mostrámos agora que estes dois planetas, Kepler-138 c e d, são de natureza bastante diferente e que uma grande fração do seu volume total é provavelmente composta por água”, explica.
Esta é a melhor evidência até agora de mundos aquáticos, um tipo de planeta que foi teorizado durante muito tempo pelos astrónomos, diz o investigador
Com volumes mais do triplo do da Terra e massas duas vezes maiores, os planetas c e d têm densidades muito mais baixas do que a Terra.
Isto é surpreendente porque a maioria dos planetas apenas ligeiramente maiores do que a Terra que foram estudados em detalhe até agora, todos pareciam ser mundos rochosos como o nosso.
A comparação mais próxima, dizem os investigadores, seria algumas das luas geladas do Sistema Solar exterior que também são em grande parte compostas por água envolvendo um núcleo rochoso.
“Imagine versões maiores de Europa ou Encélado, as luas ricas em água que orbitam Júpiter e Saturno, mas muito mais perto da sua estrela”, explicou Pialuet. “Em vez de uma superfície gelada, abrigariam grandes invólucros de vapor de água”.
“A identificação segura de um objeto com a densidade das luas geladas do Sistema Solar, mas significativamente maior e mais massivo, demonstra claramente a grande diversidade dos exoplanetas“, acrescentou o membro da equipa Jose-Manuel Almenara, da Universidade Grenoble-Alpes na França. “Espera-se que este seja o resultado de uma variedade de processos de formação e evolução”.
Os investigadores advertem que os planetas podem não ter oceanos como os da Terra, diretamente à superfície do planeta.
“A temperatura na atmosfera de Kepler-138 d está provavelmente acima do ponto de ebulição da água e esperamos uma atmosfera espessa e densa feita de vapor neste planeta. Só sob essa atmosfera de vapor poderia haver potencialmente água líquida a alta pressão, ou mesmo água noutra fase que ocorre a altas pressões, chamada fluído supercrítico“, disse Paulet.
O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA também vai fazer observações de acompanhamento. ”
Agora que identificámos com segurança o ‘mundo de água’ Kepler-138 d, o JWST é a chave para revelar a composição atmosférica de um objeto tão exótico”, partilhou Daria Kubyshkina, membro da equipa na Academia Austríaca de Ciências.
“Dar-nos-á informação crítica que permitirá comparar a composição das luas geladas do Sistema Solar com as suas contrapartes extrassolares maiores e mais massivas”, acrescentou.
Recentemente, outra equipa da Universidade de Montreal encontrou um planeta chamado TOI-1452b que, potencialmente, poderia estar coberto por um oceano de água líquida, mas será necessário o Webb para confirmar isto também.
Em 2014, dados do Telescópio Espacial Kepler da NASA permitiram aos astrónomos anunciar a deteção de três planetas em órbita de Kepler-138, uma estrela anã vermelha na direção da constelação de Lira.
Isto foi baseado numa queda mensurável no brilho estelar à medida que cada planeta passava momentaneamente em frente da estrela.
Benneke e a sua colega Diana Dragomir, da Universidade do Novo México, tiveram a ideia de reobservar o sistema planetário com os telescópios espaciais Hubble e Spitzer entre 2014 e 2016 para capturar mais trânsitos de Kepler-138 d, o terceiro planeta do sistema, a fim de estudar a sua atmosfera.
Ilustração de artista mostrando uma secção transversal da Terra (esquerda) e o exoplaneta Kepler-138 d (direita)
Um novo exoplaneta no sistema
Embora as observações anteriores pelo telescópio espacial Kepler tivessem apenas mostrado trânsitos de três pequenos planetas em torno de Kepler-138, Piaulet e equipa ficaram surpreendidas ao descobrir que as observações do exigiam a presença de um quarto planeta no sistema, Kepler-138 e.
Este planeta recentemente encontrado é pequeno e está mais distante da sua estrela do que os outros três, demorando 38 dias a completar uma órbita.
O planeta encontra-se na zona habitável da sua estrela, uma região temperada onde recebe a quantidade certa de calor da sua estrela fria para não ser demasiado quente nem demasiado frio e assim permitir a presença de água líquida.
A natureza deste planeta adicional, recentemente descoberto, no entanto, permanece uma questão em aberto porque não parece transitar a sua estrela hospedeira da perspetiva do Sistema Solar. A observação do trânsito exoplanetário teria permitido aos astrónomos determinar o seu tamanho.
Com Kepler-138 e agora na imagem, as massas dos planetas anteriormente conhecidos foram novamente medidas através do método de variação do tempo de trânsito, que envolve seguir pequenas variações nos momentos precisos dos trânsitos dos planetas em frente da sua estrela, provocadas pela atração gravitacional de outros planetas próximos.
Os investigadores tiveram outra surpresa: descobriram que os dois mundos aquáticos Kepler-138 c e d são planetas “gémeos”, com praticamente o mesmo tamanho e massa, enquanto anteriormente se pensava que eram drasticamente diferentes. O planeta mais próximo, Kepler-138 b, por outro lado, está confirmado como sendo um pequeno planeta com a massa de Marte, um dos exoplanetas mais pequenos conhecidos até à data.
“À medida que os nossos instrumentos e técnicas se tornam suficientemente sensíveis para encontrar e estudar planetas que estão mais longe das suas estrelas, podemos começar a encontrar muitos mais destes mundos aquáticos”, conclui Benneke.
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