Esta é uma impressão artística do exoplaneta rochoso do tamanho da Terra GJ 1132 b, localizado 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 ganharam 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. Sob a atmosfera nebulosa do planeta, 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 removida pela radiação da estrela próxima ao planeta. A atração gravitacional de outro planeta no sistema provavelmente causa rachaduras na superfície do GJ 1132 b parecendo 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) foi detectado em um planeta fora do nosso sistema solar. Crédito: NASA, ESA e R. Hurt (IPAC / Caltech)

Orbitando uma estrela anã vermelha a 41 anos-luz de distância está um exoplaneta rochoso do tamanho da Terra chamado GJ 1132 b. Em alguns aspectos, o GJ 1132 b tem paralelos intrigantes com a Terra, mas em outros é muito diferente. Uma das diferenças é que sua 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 a primeira foi destruída por bolhas de 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 escorrida através de fissuras vulcânicas. Os gases que vazam por essas rachaduras parecem estar constantemente reabastecendo a atmosfera, que de outra forma também seria arrancada pela estrela.

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 da jovem estrela quente 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 sua teoria, é uma "atmosfera secundária" que está presente agora. Com base em uma combinação de evidências observacionais diretas e inferência por meio de modelagem computacional, a equipe relata que a atmosfera consiste em hidrogênio molecular, cianeto de hidrogênio, 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. "Primeiro pensamos que esses planetas altamente irradiados poderiam ser muito tediosos porque acreditamos que eles perderam suas atmosferas. Mas olhamos 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 se tornarem terrestres por meio de um mecanismo que foto-evapora a atmosfera primordial. Esse processo funciona no início da vida de um planeta, quando a estrela é mais quente "disse o autor principal Mark Swain do JPL. "Então a estrela esfria e o planeta fica parado ali. Você tem esse mecanismo pelo qual 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 pode mantê-la."

Este gráfico mostra o espectro da atmosfera de um exoplaneta rochoso do tamanho da Terra, 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 reabastecida depois que o planeta perdeu sua atmosfera primordial, foi detectada em um mundo fora de nosso sistema solar. Crédito: NASA, ESA e P. Jeffries (STScI)

Em alguns aspectos, o 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, sendo 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 que o GJ 1132 b e 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. Essa proximidade extremamente estreita mantém o GJ 1132 b bloqueado pelas marés, 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 mantém o manto quente o suficiente para permanecer líquido e alimentar o vulcanismo?" perguntou Swain. "Este sistema é especial porque tem a oportunidade de bastante aquecimento das marés."

O aquecimento das marés é um fenômeno que ocorre por fricção, quando a energia da órbita e da 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 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 jupiterianas vizinhas.

Dado o interior quente do GJ 1132 b, a equipe acredita que a crosta mais fria do planeta é extremamente fina, talvez com 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. O 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 do 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 emissão e, portanto, eles estarão olhando potencialmente para a atividade geológica real o que é empolgante!"

As descobertas da equipe serão publicadas na próxima edição do The Astronomical Journal.

Mais informações: Detection of an Atmosphere on a Rocky Exoplanet. arXiv:2103.05657 [astro-ph.EP] arxiv.org/abs/2103.05657

Fonte: https://bit.ly/2Osnz7N