WASP-18b tem uma sufocante estratosfera sem água

Uma equipa liderada pela NASA encontrou evidências de que o planeta gigante WASP-18b está envolvido numa estratosfera sufocante carregada com monóxido de carbono e desprovida de água. Os resultados provêm de uma nova análise das observações feitas pelos telescópios espaciais Hubble e Spitzer.

A formação de uma camada estratosférica na atmosfera de um planeta é atribuída a moléculas parecidas com um “protetor solar”, que absorvem os raios UV e a luz visível provenientes da estrela e, em seguida, libertam energia sob a forma de calor.

O novo estudo sugere que o “Júpiter quente” WASP-18b, um planeta gigante que orbita muito perto da sua estrela hospedeira, tem uma composição invulgar, e a formação deste mundo pode ter sido bastante diferente da de Júpiter, bem como da dos gigantes gasosos noutros sistemas planetários.

“A composição de WASP-18b desafia todas as expetativas”, comenta Kyle Sheppard do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, em Maryland, nos EUA autor principal do artigo científico. “Nós não conhecemos nenhum outro exoplaneta onde o monóxido de carbono domina completamente a atmosfera superior”.

Na Terra, o ozono absorve os raios UV na estratosfera, protegendo o nosso planeta de grande parte da radiação prejudicial do Sol. Para o punhado de exoplanetas com estratosferas, normalmente o composto absorvente é uma molécula como o óxido de titânio, um parente próximo do dióxido de titânio, usado na Terra como pigmento de tinta e ingrediente dos protetores solares.

Os cientistas analisaram os dados recolhidos para WASP-18b, localizado a 325 anos-luz da Terra, como parte de uma pesquisa para encontrar exoplanetas com estratosferas. O planeta gigante, com uma massa equivalente a 10 Júpiteres, já foi observado repetidamente, permitindo com que os astrónomos acumulassem uma quantidade relativamente grande de dados. Este estudo analisou cinco eclipses nos dados de arquivo do Hubble e dois nos do Spitzer.

A partir da luz emitida pela atmosfera do planeta em comprimentos de onda infravermelhos, além do visível, é possível identificar as impressões espectrais da água e de algumas outras moléculas importantes. A análise revelou a peculiar impressão digital de WASP-18b, que não se assemelha com nenhum exoplaneta estudado até agora. Para determinar quais as moléculas mais prováveis aí existentes, a equipa realizou uma extensa modelagem de computador.

“A única explicação consistente para os dados é uma superabundância de monóxido de carbono e muito pouco vapor de água na atmosfera de WASP-18b, além da presença de uma estratosfera”, afirma Nikku Madhusudhan, coautor do artigo da Universidade de Cambridge. “Esta rara combinação de fatores abre uma nova janela para a nossa compreensão dos processos físico-químicos nas atmosferas exoplanetárias”.

A descoberta indica que WASP-18b possui monóxido de carbono quente na estratosfera e monóxido de carbono mais frio na camada atmosférica logo abaixo, chamada troposfera.

A equipa determinou isto detetando dois tipos de assinaturas para o monóxido de carbono, uma assinatura de absorção a um comprimento de onda de aproximadamente 1,6 micrómetros e uma assinatura de emissão a cerca de 4,5 micrómetros. Esta é a primeira vez que os investigadores detetaram os dois tipos de impressões digitais para um único tipo de molécula na atmosfera de um exoplaneta.

Em teoria, outro possível ajuste para as observações é o dióxido de carbono, que tem uma impressão digital similar. Mas os cientistas descartaram esta explicação porque se existisse oxigénio suficiente para formar dióxido de carbono, a atmosfera também deveria ter algum vapor de água.

Para produzir as assinaturas espectrais vistas pela equipa, a atmosfera superior de WASP-18b terá que estar a “abarrotar” com monóxido de carbono. Em comparação com outros Júpiteres quentes, a atmosfera deste planeta provavelmente contém 300 vezes mais “metais”, elementos mais pesados do que o hidrogénio e hélio.

Esta metalicidade extremamente elevada pode indicar que WASP-18b acumulou quantidades maiores de gelos sólidos durante a sua formação do que Júpiter, sugerindo que talvez não se tenha formado como outros Júpiteres quentes.

“O lançamento esperado do Telescópio Espacial James Webb e de outros futuros observatórios espaciais vão dar-nos a oportunidade de fazer observações de acompanhamento com instrumentos ainda mais poderosos e de continuar a explorar a incrível variedade de exoplanetas que existem por aí”, conclui Avi Mandell, cientista exoplanetário de Goddard e segundo autor do artigo.

ZAP // CCVAlg

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