Muitos exoplanetas têm atmosferas opacas, obscurecido por nuvens ou neblinas que tornam difícil para os astrônomos caracterizar suas composições químicas. Um novo estudo mostra que as partículas de neblina produzidas sob diferentes condições têm uma ampla gama de propriedades que podem determinar o quão clara ou nebulosa a atmosfera de um planeta pode ser.

As reações fotoquímicas nas atmosferas de exoplanetas temperadas levam à formação de pequenas partículas de névoa orgânica. Grandes quantidades dessas neblinas fotoquímicas se formam na atmosfera da Terra todos os dias, no entanto, nosso planeta tem céus relativamente limpos. A razão tem a ver com a facilidade com que as partículas de névoa são removidas da atmosfera por processos de deposição.

"Não é apenas a produção de neblina, mas também a remoção de neblina que determina a clareza da atmosfera, "disse Xinting Yu, um pós-doutorado na UC Santa Cruz e principal autor do estudo, publicado em 12 de julho em Astronomia da Natureza .

Yu e seus colegas mediram as propriedades das partículas de névoa produzidas em laboratório sob condições representativas de atmosferas de exoplanetas, incluindo uma variedade de composições de gás, temperaturas, e fontes de energia. Co-autor Xi Zhang, professor assistente de ciências terrestres e planetárias na UC Santa Cruz, ditos experimentos de laboratório como este são essenciais para a compreensão da formação de neblina e seu impacto nas observações.

"Não podemos trazer amostras de neblina de exoplanetas, então temos que tentar imitar as condições atmosféricas em laboratório, " ele disse.

De acordo com Yu, a remoção da névoa depende de uma propriedade crítica do material das partículas chamada energia de superfície. "A energia superficial descreve o quão coeso ou 'pegajoso' o material é, " ela disse.

Partículas de névoa pegajosa se ligam prontamente umas às outras quando colidem, crescendo em partículas maiores que caem da atmosfera na superfície do planeta (um processo chamado deposição seca). Eles também são bons núcleos de condensação para gotículas de nuvem e são facilmente removidos por deposição úmida. Os perigos produzidos na Terra normalmente têm alta energia de superfície e são, portanto, "pegajosos" e removidos com eficiência da atmosfera.

Os experimentos de laboratório de Yu mostram que as névoas produzidas em atmosferas de exoplanetas são altamente diversas, com propriedades que dependem das condições em que são produzidos.

"Alguns deles são semelhantes à névoa da Terra, têm alta energia de superfície, e são fáceis de remover, levando a céus limpos, "disse ela." Mas alguns deles têm energia superficial muito baixa, como uma panela antiaderente; eles não se ligam muito bem a outras partículas e permanecem por muito tempo como pequenas partículas suspensas na atmosfera. "

O estudo descobriu que um fator crítico é a temperatura na qual as partículas de névoa são criadas. Hazes produzidos em cerca de 400 Kelvin (260 ° F) tendem a ter as energias de superfície mais baixas, levando a uma remoção menos eficiente e atmosferas mais turvas. Essa descoberta realmente corresponde às tendências observadas, Yu disse, observando que os exoplanetas em temperaturas de 400 a 500 K tendem a ser os mais turvos.

Planetas mais frios localizados nas zonas habitáveis ​​de suas estrelas hospedeiras são mais propensos a ter atmosferas claras, ela disse. "Podemos não ter que nos preocupar com exoplanetas habitáveis ​​serem muito nebulosos para observações futuras, como as neblinas tendem a ter energias de superfície mais altas em temperaturas mais baixas, "Yu disse." Então, é fácil remover essas neblinas, deixando atmosferas relativamente claras. "

Os astrônomos estão ansiosos para ter uma ferramenta poderosa para caracterizar atmosferas de exoplanetas com o próximo James Webb Space Telescope (JWST). Quando um exoplaneta transita pela face de sua estrela, sua atmosfera filtra a luz da estrela, dando aos astrônomos com um telescópio sensível o suficiente (como o JWST) uma oportunidade de identificar os componentes químicos da atmosfera usando espectroscopia de transmissão.

Uma atmosfera nebulosa interfere na espectroscopia de transmissão, mas as próprias névoas ainda podem fornecer informações valiosas, de acordo com Zhang.

"Hazes não são sem características, "disse ele." Com melhores telescópios, podemos ser capazes de caracterizar a composição das brumas de exoplanetas e compreender sua química. Mas as observações serão muito difíceis de explicar sem dados de experimentos de laboratório. Este estudo revelou a enorme diversidade de partículas de névoa, e compreender suas propriedades ópticas será uma alta prioridade para estudos futuros. "