O Telescópio Webb detecta atmosfera “impossível” em uma antiga super-Terra

Um mundo escaldante, outrora considerado estéril, pode na verdade estar envolto em uma atmosfera densa e misteriosa.

Por Carnegie Institution for Science com informações de Science Daily.

Um planeta rochoso superaquecido, orbitando sua estrela em apenas 10 horas, parece ter uma atmosfera surpreendentemente densa, apesar das condições que deveriam dissipá-la. Cientistas acreditam que possa ser um "mundo de lava úmida" rico em voláteis, com um oceano de magma alimentando e reciclando seus gases.
Um planeta rochoso superaquecido, orbitando sua estrela em apenas 10 horas, parece ter uma atmosfera surpreendentemente densa, apesar das condições que deveriam dissipá-la. Cientistas acreditam que possa ser um “mundo de lava úmida” rico em voláteis, com um oceano de magma alimentando e reciclando seus gases. Crédito: AI/ScienceDaily.com

Uma equipe de astrônomos liderada por Carnegie descobriu a evidência mais clara até agora de que um planeta rochoso fora do nosso Sistema Solar possui uma atmosfera. Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, os pesquisadores identificaram sinais de gás ao redor de um alvo incomum: uma antiga super-Terra extremamente quente que provavelmente tem uma superfície coberta por rocha derretida. As descobertas foram publicadas no periódico The Astrophysical Journal Letters .

O planeta, conhecido como TOI-561 b, tem cerca do dobro da massa da Terra, mas é drasticamente diferente em quase todos os outros aspectos. Ele orbita extremamente perto de sua estrela, a uma distância de apenas um quarenta avos da distância de Mercúrio ao Sol. Mesmo que sua estrela seja ligeiramente menor e mais fria que o nosso Sol, a órbita próxima do planeta faz com que ele complete um ano inteiro em apenas 10,56 horas. Um lado do planeta está sempre voltado para a estrela, ficando permanentemente iluminado pelo Sol.

“Com base no que sabemos sobre outros sistemas, os astrônomos teriam previsto que um planeta como este é pequeno e quente demais para reter sua própria atmosfera por muito tempo após a formação”, explicou Nicole Wallack, pesquisadora de pós-doutorado da Carnegie Science e segunda autora do artigo. “Mas nossas observações sugerem que ele está cercado por uma camada relativamente espessa de gás, contrariando a visão convencional sobre planetas de período ultracurto.”

Em nosso Sistema Solar, planetas pequenos e intensamente aquecidos tendem a perder seus envelopes gasosos originais logo no início de sua história. No entanto, TOI-561 b orbita uma estrela muito mais velha que o Sol e, apesar das condições extremas, parece ter preservado sua atmosfera.

Indícios de baixa densidade apontam para uma composição incomum.

A possível presença de uma atmosfera pode ajudar a explicar outro enigma: a densidade do planeta, que é menor do que o esperado.

“Não é o que chamamos de um planeta super fofo — ou ‘algodão-doce’ — mas é menos denso do que se esperaria se tivesse uma composição semelhante à da Terra”, disse a astrônoma Johanna Teske, da Carnegie Science, principal autora do estudo.

Antes de analisar os novos dados, a equipe considerou se a estrutura do planeta por si só poderia explicar isso. Uma das hipóteses era que o TOI-561 b poderia ter um núcleo de ferro menor e um manto composto de rochas mais leves em comparação com a Terra.

Teske acrescentou que essa ideia se encaixa com as origens do planeta: “TOI-561 b se distingue entre os planetas de período ultracurto por orbitar uma estrela muito antiga — duas vezes mais velha que o Sol — e pobre em ferro, em uma região da Via Láctea conhecida como disco espesso. Ele deve ter se formado em um ambiente químico muito diferente do dos planetas do nosso próprio Sistema Solar.”

Isso sugere que o planeta pode se assemelhar a mundos que se formaram quando o universo era muito mais jovem. Ainda assim, a composição por si só não explica completamente as observações.

Dados de temperatura do JWST revelam atmosfera oculta

A equipe de pesquisa também propôs que uma atmosfera densa poderia fazer o planeta parecer maior e, portanto, menos denso. Para investigar isso, eles usaram o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRSpec) do JWST para medir a temperatura do lado diurno do planeta, observando seu brilho na luz infravermelha próxima. Esse método rastreia como a luz do sistema muda quando o planeta se move atrás de sua estrela, uma técnica também usada para estudar planetas no sistema TRAPPIST-1.

Se TOI-561 b não tivesse atmosfera, a temperatura em seu lado diurno deveria atingir quase 2.700 graus Celsius (4.900 graus Fahrenheit). Em vez disso, as medições mostraram uma temperatura mais baixa, de cerca de 1.800 graus Celsius (3.200 graus Fahrenheit). Embora ainda extremamente quente, essa diferença sugere fortemente que o calor está sendo redistribuído pelo planeta.

Ventos, nuvens e uma atmosfera rica em voláteis

Para explicar a temperatura mais baixa, os cientistas exploraram diversas possibilidades. Um oceano superficial em estado de fusão poderia dissipar parte do calor, mas, sem atmosfera, o lado noturno provavelmente permaneceria sólido, limitando a transferência de calor. Uma fina camada de rocha vaporizada também poderia existir, embora não fosse suficiente para proporcionar resfriamento por si só.

“Precisamos mesmo de uma atmosfera densa e rica em substâncias voláteis para explicar todas as observações”, disse a coautora Anjali Piette, da Universidade de Birmingham, Reino Unido — ex-bolsista de pós-doutorado da Carnegie Science. “Ventos fortes resfriariam o lado diurno, transportando calor para o lado noturno. Gases como o vapor d’água absorveriam alguns comprimentos de onda da luz infravermelha próxima emitida pela superfície antes que ela atravesse toda a atmosfera. (O planeta pareceria mais frio porque o telescópio detectaria menos luz.) Também é possível que existam nuvens brilhantes de silicato que resfriem a atmosfera refletindo a luz das estrelas.”

Embora as evidências apontem fortemente para a presença de uma atmosfera, surge uma questão importante: como um planeta exposto a uma radiação tão intensa consegue reter gás? É provável que algum material esteja escapando para o espaço, mas talvez não tão rapidamente quanto o esperado.

Uma “bola de lava molhada” com atmosfera de reciclagem.

Uma explicação possível é o equilíbrio entre o interior fundido do planeta e sua atmosfera.

“Acreditamos que existe um equilíbrio entre o oceano de magma e a atmosfera. Ao mesmo tempo que os gases saem do planeta para alimentar a atmosfera, o oceano de magma os suga de volta para o interior”, disse o coautor Tim Lichtenberg, da Universidade de Groningen, na Holanda, que também faz parte da equipe do projeto de Pesquisa Atmosférica Empírica, Teórica e Experimental (AEThER), liderado pela Carnegie. “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 úmida.”

Teske enfatizou que a descoberta levanta tantas perguntas quanto responde: “O que é realmente empolgante é que esse novo conjunto de dados está abrindo ainda mais perguntas do que respondendo.”

As observações do JWST levantam novas questões sobre exoplanetas.

Esses resultados provêm do Programa de Observadores Gerais 3860 do JWST, que monitorou o sistema por mais de 37 horas enquanto o planeta completava quase quatro órbitas. Os pesquisadores agora estão analisando o conjunto completo de dados para mapear os padrões de temperatura em todo o planeta e compreender melhor sua composição atmosférica.

O trabalho dá continuidade a um longo legado de envolvimento da Carnegie Science com o JWST, que remonta ao desenvolvimento inicial do telescópio e se estende por múltiplos ciclos de observação. Desde que o JWST iniciou suas operações científicas, pesquisadores da Carnegie lideraram inúmeras equipes que estudam exoplanetas, galáxias e outros fenômenos cósmicos.

“Essas descobertas impulsionadas pelo JWST exploram diretamente nossa longa tradição de compreender como as características dos exoplanetas são moldadas pela evolução e dinâmica planetária”, disse Michael Walter, diretor do Laboratório de Ciências da Terra e dos Planetas. “Há resultados ainda mais empolgantes no horizonte e estamos preparados para uma nova onda de pesquisas científicas do JWST, lideradas pela Carnegie, no próximo ano.”

Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Carnegie Institution for Science . Observação: o conteúdo pode ser editado em termos de estilo e extensão.

Referência do periódico :
Johanna K. Teske, Nicole L. Wallack, Anjali A. A. Piette, Lisa Dang, Tim Lichtenberg, Mykhaylo Plotnykov, Raymond Pierrehumbert, Emma Postolec, Samuel Boucher, Alex McGinty, Bo Peng, Diana Valencia, Mark Hammond. A Thick Volatile Atmosphere on the Ultrahot Super-Earth TOI-561 bThe Astrophysical Journal Letters, 2025; 995 (2): L39 DOI: 10.3847/2041-8213/ae0a4c



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