O levantamento mais extenso das composições químicas atmosféricas de exoplanetas até hoje revelou tendências que desafiam as teorias atuais da formação de planetas e têm implicações para a busca de água no sistema solar e além.

Uma equipe de pesquisadores, liderado pela Universidade de Cambridge, usou dados atmosféricos de 19 exoplanetas para obter medições detalhadas de suas propriedades químicas e térmicas. Os exoplanetas no estudo abrangem uma grande variedade de tamanho - de 'mini-Neptunes' de quase 10 massas terrestres a 'super-Júpiter' de mais de 600 massas terrestres - e temperatura, de quase 20C a mais de 2000C. Como os planetas gigantes em nosso sistema solar, suas atmosferas são ricas em hidrogênio, mas orbitam diferentes tipos de estrelas.

Os pesquisadores descobriram que, embora o vapor de água seja comum na atmosfera de muitos exoplanetas, os valores foram surpreendentemente menores do que o esperado, enquanto as quantidades de outros elementos encontrados em alguns planetas eram consistentes com as expectativas. Os resultados, que fazem parte de um programa de pesquisa de cinco anos sobre as composições químicas da atmosfera planetária fora do nosso sistema solar, são relatados no Cartas de jornal astrofísico .

"Estamos vendo os primeiros sinais de padrões químicos em mundos extraterrestres, e estamos vendo o quão diversos eles podem ser em termos de suas composições químicas, "disse o líder do projeto, Dr. Nikku Madhusudhan, do Instituto de Astronomia de Cambridge, que mediu pela primeira vez a baixa abundância de vapor de água em exoplanetas gigantes há cinco anos.

Em nosso sistema solar, a quantidade de carbono em relação ao hidrogênio na atmosfera de planetas gigantes é significativamente maior do que a do sol. Acredita-se que essa abundância "super-solar" tenha se originado quando os planetas estavam sendo formados, e grandes quantidades de gelo, rochas e outras partículas foram trazidas para o planeta em um processo chamado acréscimo.

A abundância de outros elementos foi prevista para ser similarmente alta na atmosfera de exoplanetas gigantes - especialmente oxigênio, que é o elemento mais abundante no universo depois do hidrogênio e do hélio. Isso significa que a água, um portador dominante de oxigênio, também é esperado que seja superabundante em tais atmosferas.

Os pesquisadores usaram extensos dados espectroscópicos de telescópios baseados no espaço e terrestres, incluindo o telescópio espacial Hubble, o telescópio espacial Spitzer, o Very Large Telescope no Chile e o Gran Telescopio Canarias na Espanha. A gama de observações disponíveis, junto com modelos computacionais detalhados, Métodos estatísticos, e propriedades atômicas de sódio e potássio, permitiu aos pesquisadores obter estimativas das abundâncias químicas nas atmosferas de exoplanetas em toda a amostra.

A equipe relatou a abundância de vapor d'água em 14 dos 19 planetas, e a abundância de sódio e potássio em seis planetas cada. Seus resultados sugerem um esgotamento de oxigênio em relação a outros elementos e fornecem pistas químicas de como esses exoplanetas podem ter se formado sem um acréscimo substancial de gelo.

"É incrível ver uma abundância de água tão baixa na atmosfera de uma ampla gama de planetas orbitando uma variedade de estrelas, "disse Madhusudhan.

"Medir a abundância desses produtos químicos em atmosferas exoplanetárias é algo extraordinário, considering that we have not been able to do the same for giant planets in our solar system yet, including Jupiter, our nearest gas giant neighbour, " said Luis Welbanks, lead author of the study and Ph.D. student at the Institute of Astronomy.

Various efforts to measure water in Jupiter's atmosphere, including NASA's current Juno mission, have proved challenging. "Since Jupiter is so cold, any water vapour in its atmosphere would be condensed, making it difficult to measure, " said Welbanks. "If the water abundance in Jupiter were found to be plentiful as predicted, it would imply that it formed in a different way to the exoplanets we looked at in the current study."

"We look forward to increasing the size of our planet sample in future studies, " said Madhusudhan. "Inevitably, we expect to find outliers to the current trends as well as measurements of other chemicals."

These results show that different chemical elements can no longer be assumed to be equally abundant in planetary atmospheres, challenging assumptions in several theoretical models.

"Given that water is a key ingredient to our notion of habitability on Earth, it is important to know how much water can be found in planetary systems beyond our own, " said Madhusudhan.