Possivelmente um dos mais estranhos, planetas mais extremos entre os mais de 4, 000 exoplanetas descobertos até agora são as super-Terras quentes - rochosas, mundos escaldantes que zunem tão precariamente perto de suas estrelas hospedeiras que algumas de suas superfícies são provavelmente mares derretidos de lava derretida.

Esses mundos de fogo, sobre o tamanho da Terra, são conhecidos de forma mais sugestiva como "planetas oceânicos de lava, "e os cientistas observaram que um punhado dessas super-Terras quentes são excepcionalmente brilhantes, e de fato mais brilhante do que nosso próprio planeta azul brilhante.

Exatamente por que essas bolas de fogo distantes são tão brilhantes, não está claro, mas novas evidências experimentais por cientistas do MIT mostram que o brilho inesperado desses mundos provavelmente não se deve à lava derretida ou ao vidro resfriado (ou seja, lava rapidamente solidificada) em suas superfícies.

Os pesquisadores chegaram a esta conclusão depois de interrogar o problema de uma forma direta e refrescante:derreter rochas em uma fornalha e medir o brilho da lava resultante e do vidro resfriado, que eles então usaram para calcular o brilho das regiões de um planeta coberto de material fundido ou solidificado. Seus resultados revelaram que lava e vidro, pelo menos como um produto dos materiais que derreteram no laboratório, não são reflexivos o suficiente para explicar o brilho observado de certos planetas oceânicos de lava.

Suas descobertas sugerem que super-Terras quentes podem ter outras características surpreendentes que contribuem para seu brilho, como atmosferas ricas em metal e nuvens altamente refletivas.

"Ainda temos muito que entender sobre esses planetas oceânicos de lava, "diz Zahra Essack, um estudante de pós-graduação no Departamento da Terra do MIT, Atmosférico, e Ciências Planetárias. "Nós pensamos neles apenas como bolas brilhantes de rocha, mas esses planetas podem ter sistemas complexos de processos superficiais e atmosféricos que são bastante exóticos, e nada que já vimos antes. "

Essack é o primeiro autor de um estudo que detalha os resultados da equipe, que aparece hoje em The Astrophysical Journal . Seus co-autores são o ex-pós-doutorado do MIT Mihkel Pajusalu, que foi fundamental na configuração inicial do experimento, e Sara Seager, a classe de 1941 Professor de Ciências Planetárias, com nomeações nos departamentos de Física e Aeronáutica e Astronáutica.

Mais do que bolas de carvão

Superterras quentes têm entre uma e 10 vezes a massa da Terra, e têm períodos orbitais extremamente curtos, circulando sua estrela hospedeira em apenas 10 dias ou menos. Os cientistas esperavam que esses mundos de lava estivessem tão próximos de sua estrela hospedeira que qualquer atmosfera e nuvens apreciáveis ​​seriam removidas. Como resultado, suas superfícies seriam de pelo menos 850 Kelvin, ou 1, 070 graus Fahrenheit - quente o suficiente para cobrir a superfície de oceanos de rocha derretida.

Os cientistas já descobriram um punhado de super-Terras com albedos inesperadamente altos, ou brilhos, em que refletiram entre 40 e 50 por cento da luz de sua estrela. Em comparação, o albedo da Terra, com todas as suas superfícies reflexivas e nuvens, é apenas cerca de 30 por cento.

"Você esperaria que esses planetas de lava fossem uma espécie de bolas de carvão orbitando no espaço - muito escuro, não muito brilhante, "Essack diz." Então, o que os torna tão brilhantes?

Uma ideia é que a própria lava pode ser a principal fonte de luminosidade dos planetas, embora nunca tenha havido qualquer prova, tanto em observações quanto em experimentos.

"Sendo o pessoal do MIT, nós decidimos, OK, devemos fazer um pouco de lava e ver se é brilhante ou não, "Essack diz.

Fazendo lava

Para primeiro fazer lava, a equipe precisava de um forno que pudesse atingir temperaturas altas o suficiente para derreter basalto e feldspato, os dois tipos de rocha que eles escolheram para seus experimentos, pois são materiais bem caracterizados que são comuns na Terra.

Acontece que eles inicialmente não tiveram que olhar além da fundição do MIT, um espaço dentro do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, onde metalúrgicos treinados ajudam estudantes e pesquisadores a derreter materiais na fornalha da fundição para projetos de pesquisa e de aula.

Essack trouxe amostras de feldspato para a fundição, onde os metalúrgicos determinavam o tipo de cadinho em que colocá-los, e as temperaturas nas quais eles precisavam ser aquecidos.

"Eles jogam na fornalha, deixe as rochas derreterem, tirá-lo, e então todo o lugar se transforma em uma própria fornalha - é muito quente, "Essack diz." E foi uma experiência incrível estar ao lado dessa lava brilhante e brilhante, sentindo aquele calor. "

Contudo, o experimento rapidamente encontrou um obstáculo:a lava, uma vez que foi retirado da fornalha, quase instantaneamente resfriado em um suave, material vítreo. O processo ocorreu tão rapidamente que Essack não foi capaz de medir a refletividade da lava enquanto ainda estava derretida.

Então ela levou o vidro de feldspato resfriado para um laboratório de espectroscopia que ela projetou e implementou no campus para medir sua refletância, iluminando o vidro de diferentes ângulos e medindo a quantidade de luz refletida na superfície. Ela repetiu esses experimentos para vidro de basalto resfriado, amostras das quais foram doadas por colegas da Syracuse University que administram o Projeto Lava. Seager os visitou há alguns anos para uma versão preliminar do experimento, e naquela época coletou amostras de basalto agora usadas para os experimentos de Essack.

"Eles derreteram um monte de basalto enorme e jogaram em uma encosta, e eles dividiram para nós, "Seager diz.

Depois de medir o brilho do vidro de basalto e feldspato resfriado, Essack examinou a literatura para encontrar medições de refletividade de silicatos fundidos, que são um dos principais componentes da lava na Terra. Ela usou essas medidas como referência para calcular o quão brilhante seria a lava inicial do vidro de basalto e feldspato. Ela então estimou o brilho de uma super-Terra quente coberta inteiramente por lava ou vidro resfriado, ou combinações dos dois materiais.

No fim, ela encontrou isso, não importa a combinação de materiais de superfície, o albedo de um planeta de lava-oceano não seria mais do que cerca de 10 por cento - bastante escuro em comparação com o albedo de 40 a 50 por cento observado para algumas superterras quentes.

"Isto é bastante escuro em comparação com a Terra, e não o suficiente para explicar o brilho dos planetas em que estávamos interessados, "Essack diz.

Essa percepção estreitou o alcance da pesquisa para interpretar as observações, e direciona estudos futuros para considerar outras possibilidades exóticas, como a presença de atmosferas ricas em metais reflexivos.

"Não temos 100 por cento de certeza do que esses planetas são feitos, então estamos estreitando o espaço de parâmetros e orientando estudos futuros para todas essas outras opções potenciais, "Essack diz.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.