Na constelação de Virgem, a 700 anos-luz de distância da Terra, o planeta WASP-39b orbita a estrela WASP-39. O gigante gasoso, que leva pouco mais de quatro dias para completar uma órbita, é um dos exoplanetas mais estudados. Pouco depois do seu comissionamento em julho de 2022, o Telescópio Espacial James Webb da NASA voltou o seu olhar de alta precisão para o planeta distante.



Os dados revelaram evidências de grandes quantidades de vapor de água, metano e até, pela primeira vez, dióxido de carbono na atmosfera do WASP-39b. Uma sensação menor, mas ainda há um problema:os pesquisadores ainda não conseguiram reproduzir todos os detalhes cruciais das observações nos cálculos do modelo. Isto impede uma análise ainda mais precisa dos dados.

No novo estudo liderado pelo MPS, os autores, incluindo pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (EUA), do Space Telescope Science Institute (EUA), da Universidade Keele (Reino Unido) e da Universidade de Heidelberg (Alemanha), mostram uma forma de superar esse obstáculo.

"Os problemas que surgem na interpretação dos dados do WASP-39b são bem conhecidos de muitos outros exoplanetas - independentemente de serem observados com Kepler, TESS, James Webb ou a futura nave espacial PLATO," explica a cientista do MPS, Dra. Nadiia Kostogryz, primeira autora. do novo estudo. "Tal como acontece com outras estrelas orbitadas por exoplanetas, a curva de luz observada de WASP-39 é mais plana do que os modelos anteriores podem explicar."

Os pesquisadores definem uma curva de luz como uma medida do brilho de uma estrela durante um longo período de tempo. O brilho de uma estrela flutua constantemente, por exemplo, porque a sua luminosidade está sujeita a flutuações naturais. Os exoplanetas também podem deixar rastros na curva de luz. Se um exoplaneta passa na frente de sua estrela visto por um observador, ele escurece a luz estelar.

Isso se reflete na curva de luz como uma queda regular e recorrente no brilho. Avaliações precisas de tais curvas fornecem informações sobre o tamanho e o período orbital do planeta. Os investigadores também podem obter informações sobre a composição da atmosfera do planeta se a luz da estrela for dividida nos seus diferentes comprimentos de onda ou cores.

Uma análise detalhada da distribuição do brilho de uma estrela

O membro de uma estrela, a borda do disco estelar, desempenha um papel decisivo na interpretação da sua curva de luz. Assim como no caso do sol, o membro parece mais escuro ao observador do que a área interna. No entanto, a estrela não brilha com menos intensidade mais longe. "Como a estrela é uma esfera e a sua superfície curva, olhamos para camadas mais altas e, portanto, mais frias no membro do que no centro," explica o coautor e diretor do MPS, Prof. “Essa área, portanto, nos parece mais sombria”, acrescenta.

Sabe-se que o escurecimento dos membros afeta a forma exata do sinal do exoplaneta na curva de luz:o escurecimento determina quão abruptamente o brilho de uma estrela cai durante um trânsito planetário e depois aumenta novamente. No entanto, não foi possível reproduzir com precisão os dados observacionais utilizando modelos convencionais da atmosfera estelar. A diminuição do brilho foi sempre menos abrupta do que sugeriam os cálculos do modelo.

"Ficou claro que faltava uma peça crucial do puzzle para compreender com precisão o sinal dos exoplanetas," afirma o Diretor do MPS, Prof. Sami Solanki, co-autor do presente estudo.

O campo magnético é a peça que faltava no quebra-cabeça

Como mostram os cálculos publicados hoje, a peça que falta no quebra-cabeça é o campo magnético estelar. Tal como o Sol, muitas estrelas geram um campo magnético nas profundezas do seu interior através de enormes fluxos de plasma quente. Pela primeira vez, os investigadores conseguiram incluir o campo magnético nos seus modelos de escurecimento dos membros.

Eles puderam mostrar que a força do campo magnético tem um efeito importante:o escurecimento dos membros é pronunciado em estrelas com um campo magnético fraco, enquanto é mais fraco naquelas com um campo magnético forte.

Os investigadores também conseguiram provar que a discrepância entre os dados observacionais e os cálculos do modelo desaparece se o campo magnético da estrela for incluído nos cálculos. Para isso, a equipe recorreu a dados selecionados do Telescópio Espacial Kepler da NASA, que capturou a luz de milhares e milhares de estrelas de 2009 a 2018.

Na primeira etapa, os cientistas modelaram a atmosfera de estrelas típicas do Kepler na presença de um campo magnético. Numa segunda etapa, eles geraram dados observacionais “artificiais” a partir desses cálculos. Como mostrou uma comparação com os dados reais, ao incluir o campo magnético, os dados do Kepler são reproduzidos com sucesso.

A equipe também estendeu suas considerações aos dados do Telescópio Espacial James Webb. O telescópio é capaz de dividir a luz de estrelas distantes em vários comprimentos de onda e, assim, procurar os sinais característicos de certas moléculas na atmosfera dos planetas descobertos.

Acontece que o campo magnético da estrela-mãe influencia o escurecimento do membro estelar de forma diferente em diferentes comprimentos de onda – e deve, portanto, ser tido em conta em avaliações futuras, a fim de obter resultados ainda mais precisos.

De telescópios a modelos

"Nas últimas décadas e anos, a forma de avançar na investigação de exoplanetas foi melhorar o hardware, os telescópios espaciais concebidos para procurar e caracterizar novos mundos. O Telescópio Espacial James Webb levou este desenvolvimento a novos limites," afirma o Dr. . Alexander Shapiro, coautor do presente estudo e chefe de um grupo de pesquisa do MPS. “O próximo passo agora é melhorar e refinar os modelos para interpretar esses excelentes dados”, acrescenta.

Para avançar ainda mais neste desenvolvimento, os investigadores querem agora estender as suas análises a estrelas que são claramente diferentes do Sol. Além disso, as suas descobertas oferecem a possibilidade de utilizar as curvas de luz de estrelas com exoplanetas para inferir a força do campo magnético estelar, que de outra forma é muitas vezes difícil de medir.

A pesquisa é publicada na revista Nature Astronomy .

Mais informações: Nadiia M. Kostogryz et al, Origem magnética da discrepância entre modelos e observações de escurecimento de membros estelares, Astronomia da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02252-5
Informações do diário: Astronomia da Natureza

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