Com seus segmentos espelhados lindamente alinhados e seus instrumentos científicos sendo calibrados, o Telescópio Espacial James Webb da NASA está a apenas algumas semanas de operação total. Logo após as primeiras observações serem reveladas neste verão, a ciência aprofundada de Webb começará.
Entre as investigações planejadas para o primeiro ano estão estudos de dois exoplanetas quentes classificados como "super-Terras" por seu tamanho e composição rochosa:o 55 Cancri e coberto de lava e o LHS 3844 b sem ar. Os pesquisadores treinarão os espectrógrafos de alta precisão da Webb nesses planetas com o objetivo de entender a diversidade geológica dos planetas em toda a galáxia e a evolução de planetas rochosos como a Terra.

Super-terra superquente 55 Cancri e

55 Cancri e orbita a menos de 1,5 milhão de milhas de sua estrela parecida com o Sol (um vigésimo quinto da distância entre Mercúrio e o Sol), completando um circuito em menos de 18 horas. Com temperaturas da superfície muito acima do ponto de fusão dos minerais formadores de rocha típicos, acredita-se que o lado diurno do planeta seja coberto por oceanos de lava.

Os planetas que orbitam tão perto de sua estrela são considerados bloqueados por maré, com um lado voltado para a estrela o tempo todo. Como resultado, o ponto mais quente do planeta deve ser aquele que enfrenta a estrela mais diretamente, e a quantidade de calor proveniente do lado diurno não deve mudar muito ao longo do tempo.

Mas este não parece ser o caso. Observações de 55 Cancri e do Telescópio Espacial Spitzer da NASA sugerem que a região mais quente está deslocada da parte que enfrenta a estrela mais diretamente, enquanto a quantidade total de calor detectada do lado do dia varia.

O 55 Cancri e tem uma atmosfera densa?

Uma explicação para essas observações é que o planeta tem uma atmosfera dinâmica que movimenta o calor. "55 Cancri e pode ter uma atmosfera espessa dominada por oxigênio ou nitrogênio", explicou Renyu Hu, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, que lidera uma equipe que usará a câmera infravermelha da Webb (NIRCam) e o instrumento infravermelho médio (MIRI). ) para capturar o espectro de emissão térmica do lado diurno do planeta. "Se tiver uma atmosfera, [Webb] tem a sensibilidade e o alcance de comprimento de onda para detectá-lo e determinar do que é feito", acrescentou Hu.

Ou está chovendo lava à noite em 55 Cancri e?

Outra possibilidade intrigante, no entanto, é que 55 Cancri e não esteja travado por maré. Em vez disso, pode ser como Mercúrio, girando três vezes para cada duas órbitas (o que é conhecido como ressonância 3:2). Como resultado, o planeta teria um ciclo dia-noite.

"Isso poderia explicar por que a parte mais quente do planeta é deslocada", explicou Alexis Brandeker, pesquisador da Universidade de Estocolmo que lidera outra equipe que estuda o planeta. "Assim como na Terra, levaria tempo para a superfície aquecer. A hora mais quente do dia seria à tarde, não ao meio-dia."

A equipe de Brandeker planeja testar essa hipótese usando o NIRCam para medir o calor emitido do lado iluminado de 55 Cancri e durante quatro órbitas diferentes. Se o planeta tiver uma ressonância de 3:2, eles observarão cada hemisfério duas vezes e deverão ser capazes de detectar qualquer diferença entre os hemisférios.

Nesse cenário, a superfície aqueceria, derreteria e até vaporizaria durante o dia, formando uma atmosfera muito fina que Webb poderia detectar. À noite, o vapor esfriava e condensava para formar gotículas de lava que choveriam de volta à superfície, tornando-se sólidas novamente à medida que a noite caía.

Um pouco mais fria super-terra LHS 3844 b

Enquanto 55 Cancri e fornecerá informações sobre a geologia exótica de um mundo coberto de lava, o LHS 3844 b oferece uma oportunidade única para analisar a rocha sólida em uma superfície de exoplaneta.

Como 55 Cancri e, LHS 3844 b orbita extremamente perto de sua estrela, completando uma revolução em 11 horas. No entanto, como sua estrela é relativamente pequena e fria, o planeta não é quente o suficiente para que a superfície seja derretida. Além disso, as observações do Spitzer indicam que é muito improvável que o planeta tenha uma atmosfera substancial.

De que é feita a superfície do LHS 3844 b?

Embora não possamos visualizar a superfície do LHS 3844 b diretamente com o Webb, a falta de uma atmosfera obscura torna possível estudar a superfície com espectroscopia.

"Acontece que diferentes tipos de rocha têm espectros diferentes", explicou Laura Kreidberg, do Instituto Max Planck de Astronomia. "Você pode ver com seus olhos que o granito é mais claro que o basalto. Existem diferenças semelhantes na luz infravermelha que as rochas emitem."

A equipe de Kreidberg usará o MIRI para capturar o espectro de emissão térmica do lado diurno do LHS 3844 b e, em seguida, compará-lo com espectros de rochas conhecidas, como basalto e granito, para determinar sua composição. Se o planeta é vulcanicamente ativo, o espectro também pode revelar a presença de vestígios de gases vulcânicos.

A importância dessas observações vai muito além de apenas dois dos mais de 5.000 exoplanetas confirmados na galáxia. “Eles nos darão novas perspectivas fantásticas sobre planetas semelhantes à Terra em geral, ajudando-nos a aprender como a Terra primitiva poderia ter sido quando era quente como esses planetas são hoje”, disse Kreidberg.

Essas observações de 55 Cancri e e LHS 3844 b serão conduzidas como parte do programa de Observadores Gerais do Ciclo 1 da Webb. Os programas da General Observers foram selecionados competitivamente usando um sistema de revisão anônimo duplo, o mesmo sistema usado para alocar tempo no Hubble. + Explorar mais

Lava ou não, exoplaneta 55 pode ter atmosfera