Esta é a impressão de um artista do tamanho da Terra, exoplaneta rochoso GJ 1132 b, localizada a 41 anos-luz de distância em torno de uma estrela anã vermelha. Cientistas usando o telescópio espacial Hubble da NASA encontraram evidências de que este planeta pode ter perdido sua atmosfera original, mas ganhou uma segunda que contém uma mistura tóxica de hidrogênio, metano e cianeto de hidrogênio. O Hubble detectou as "impressões digitais" desses gases à medida que a luz da estrela-mãe era filtrada pela atmosfera do exoplaneta. O planeta está muito longe e muito escuro para ser fotografado pelo Hubble. Isso ilustra o que os astrônomos acreditam que está acontecendo neste mundo remoto. Abaixo da poluição do planeta, atmosfera nebulosa, pode haver uma crosta fina com apenas algumas centenas de metros de espessura. A lava derretida sob a superfície escorre continuamente através de fissuras vulcânicas. Os gases que vazam por essas rachaduras parecem estar constantemente reabastecendo a atmosfera, que de outra forma seria eliminada pela radiação da estrela próxima ao planeta. A atração gravitacional de outro planeta no sistema provavelmente fratura a superfície do GJ 1132 b para se parecer com uma casca de ovo rachada. Esta é a primeira vez que uma chamada "atmosfera secundária" foi detectada em um planeta fora de nosso sistema solar. Crédito:NASA, ESA, e R. Hurt (IPAC / Caltech)
Orbitando uma estrela anã vermelha a 41 anos-luz de distância está uma estrela do tamanho da Terra, exoplaneta rochoso denominado GJ 1132 b. Em algumas formas, GJ 1132 b tem paralelos intrigantes com a Terra, mas em outros aspectos é muito diferente. Uma das diferenças é que é smoggy, atmosfera nebulosa contém uma mistura tóxica de hidrogênio, metano e cianeto de hidrogênio. Cientistas usando o telescópio espacial Hubble da NASA encontraram evidências de que esta não é a atmosfera original do planeta, e que o primeiro foi destruído pela radiação da estrela-mãe próxima do GJ 1132 b. A chamada "atmosfera secundária" é pensada para ser formada como lava derretida sob a superfície do planeta continuamente escorre através de fissuras vulcânicas. Os gases que vazam por essas rachaduras parecem estar constantemente reabastecendo a atmosfera, que de outra forma também seria arrancado pela estrela. Esta é a primeira vez que uma atmosfera secundária foi detectada em um mundo fora do nosso sistema solar.
Cientistas usando o telescópio espacial Hubble da NASA encontraram evidências de que um planeta orbitando uma estrela distante pode ter perdido sua atmosfera, mas ganhou uma segunda por meio de atividade vulcânica.
O planeta, GJ 1132 b, é hipotetizado como tendo começado como um mundo gasoso com uma espessa manta de hidrogênio da atmosfera. Começando com várias vezes o diâmetro da Terra, acredita-se que este chamado "sub-Netuno" tenha perdido rapidamente sua atmosfera primordial de hidrogênio e hélio devido à intensa radiação do calor, jovem estrela que orbita. Em um curto período de tempo, tal planeta seria reduzido a um núcleo vazio do tamanho da Terra. Foi então que as coisas ficaram interessantes.
Para surpresa dos astrônomos, Hubble observou uma atmosfera que, de acordo com a teoria deles, é uma "atmosfera secundária" que está presente agora. Com base em uma combinação de evidências de observação direta e inferência por meio de modelagem de computador, a equipe relata que a atmosfera consiste em hidrogênio molecular, Cianeto de hidrogenio, metano e também contém uma névoa de aerossol. A modelagem sugere que a névoa do aerossol é baseada em hidrocarbonetos produzidos fotoquimicamente, semelhante à poluição atmosférica na Terra.
Os cientistas interpretam o hidrogênio atmosférico atual no GJ 1132 b como hidrogênio da atmosfera original que foi absorvido pelo manto de magma derretido do planeta e agora está sendo lentamente liberado por meio de processos vulcânicos para formar uma nova atmosfera. Acredita-se que a atmosfera que vemos hoje é continuamente reabastecida para equilibrar o hidrogênio que escapa para o espaço.
"É muito empolgante porque acreditamos que a atmosfera que vemos agora foi regenerada, então poderia ser uma atmosfera secundária, "disse a co-autora do estudo Raissa Estrela, do Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA, no sul da Califórnia." A princípio pensamos que esses planetas altamente irradiados poderiam ser muito enfadonhos porque acreditamos que eles perderam suas atmosferas. Mas olhamos para as observações existentes deste planeta com o Hubble e dissemos:'Oh não, há uma atmosfera lá. '"
As descobertas podem ter implicações para outros exoplanetas, planetas além do nosso sistema solar.
"Quantos planetas terrestres não começam como terrestres? Alguns podem começar como sub-Neptunes, e eles se tornam terrestres através de um mecanismo que foto-evapora a atmosfera primordial. Este processo funciona no início da vida de um planeta, quando a estrela está mais quente, "disse o autor principal Mark Swain do JPL." Então a estrela esfria e o planeta fica parado ali. Então você tem esse mecanismo onde pode cozinhar a atmosfera nos primeiros 100 milhões de anos, e então as coisas se acalmam. E se você pode regenerar a atmosfera, talvez você possa ficar com ele. "
Este gráfico mostra o espectro da atmosfera de um planeta do tamanho da Terra, exoplaneta rochoso, GJ 1132 b. A linha laranja representa o espectro do modelo. Em comparação, o espectro observado é mostrado como pontos azuis que representam pontos de dados médios, junto com suas barras de erro. Esta análise é consistente com GJ 1132 b sendo predominantemente uma atmosfera de hidrogênio com uma mistura de metano e cianeto de hidrogênio. O planeta também possui aerossóis que causam dispersão de luz. Esta é a primeira vez que uma chamada "atmosfera secundária, "que foi reabastecido depois que o planeta perdeu sua atmosfera primordial, foi detectado em um mundo fora do nosso sistema solar. Crédito:NASA, ESA, e P. Jeffries (STScI)
De certa forma, GJ 1132 b, localizado a cerca de 41 anos-luz da Terra, tem paralelos tentadores com a Terra, mas em alguns aspectos é muito diferente. Ambos têm densidades semelhantes, tamanhos semelhantes, e idades semelhantes, tendo cerca de 4,5 bilhões de anos. Ambos começaram com uma atmosfera dominada por hidrogênio, e ambos estavam quentes antes de esfriarem. O trabalho da equipe sugere até que o GJ 1132 be a Terra têm pressão atmosférica semelhante na superfície.
Mas os planetas têm histórias de formação profundamente diferentes. Não se acredita que a Terra seja o núcleo sobrevivente de um sub-Netuno. E a Terra orbita a uma distância confortável de nosso sol. GJ 1132 b está tão perto de sua estrela anã vermelha que completa uma órbita em torno de sua estrela hospedeira uma vez a cada dia e meio. Esta proximidade extremamente estreita mantém o GJ 1132 b bloqueado de forma maré, mostrando a mesma face para sua estrela o tempo todo - assim como nossa Lua mantém um hemisfério permanentemente voltado para a Terra.
"A questão é, o que está mantendo o manto quente o suficiente para permanecer líquido e alimentar o vulcanismo? ”perguntou Swain.“ Este sistema é especial porque tem a oportunidade de muito aquecimento das marés ”.
O aquecimento das marés é um fenômeno que ocorre por fricção, quando a energia da órbita e rotação de um planeta é dispersa como calor dentro do planeta. GJ 1132 b está em uma órbita elíptica, e as forças de maré agindo sobre ele são mais fortes quando ele está mais próximo ou mais distante de sua estrela hospedeira. Pelo menos um outro planeta no sistema da estrela hospedeira também atrai gravitacionalmente o planeta.
As consequências são que o planeta é comprimido ou esticado por meio desse "bombeamento" gravitacional. Esse aquecimento das marés mantém o manto líquido por muito tempo. Um exemplo próximo em nosso próprio sistema solar é a lua de Júpiter, Io, que tem atividade vulcânica contínua devido a um cabo de guerra de Júpiter e das luas Jovianas vizinhas.
Dado o interior quente do GJ 1132 b, a equipe acredita no refrigerador do planeta, a crosta sobreposta é extremamente fina, talvez apenas centenas de metros de espessura. É muito fraco para suportar qualquer coisa que se pareça com montanhas vulcânicas. Seu terreno plano também pode ser rachado como uma casca de ovo devido à flexão da maré. Hidrogênio e outros gases podem ser liberados por meio dessas rachaduras.
O próximo telescópio espacial James Webb da NASA tem a capacidade de observar este exoplaneta. A visão infravermelha de Webb pode permitir que os cientistas vejam a superfície do planeta. "Se houver poças de magma ou vulcanismo acontecendo, essas áreas serão mais quentes, "explicou Swain." Isso vai gerar mais emissões, e assim eles estarão olhando potencialmente para a atividade geológica real - o que é empolgante! "
As descobertas da equipe serão publicadas em uma próxima edição da The Astronomical Journal .
