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Este conceito artístico mostra como poderia ser o exoplaneta WASP-17 b.
Pesquisadores usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA detectaram evidências de nanocristais de quartzo nas nuvens de alta altitude de WASP-17 b, um exoplaneta quente de Júpiter a 1.300 anos-luz da Terra. A detecção, que só foi possível com o MIRI (Webb's Mid-Infrared Instrument), marca a primeira vez que partículas de sílica (SiO 2 ) foram detectadas na atmosfera de um exoplaneta.
“Ficamos emocionados!” disse David Grant, pesquisador da Universidade de Bristol, no Reino Unido, e primeiro autor de um artigo publicado hoje no Astrophysical Journal Letters . “Sabíamos, pelas observações do Hubble, que devia haver aerossóis – pequenas partículas que constituem nuvens ou neblina – na atmosfera de WASP-17 b, mas não esperávamos que fossem feitos de quartzo”.
Os silicatos (minerais ricos em silício e oxigênio) constituem a maior parte da Terra e da Lua, bem como outros objetos rochosos do nosso Sistema Solar, e são extremamente comuns em toda a galáxia. Mas os grãos de silicato anteriormente detectados nas atmosferas de exoplanetas e anãs marrons parecem ser feitos de silicatos ricos em magnésio, como olivina e piroxênio, e não apenas quartzo – que é SiO2 puro.
O resultado desta equipa, que também inclui investigadores do Centro de Investigação Ames da NASA e do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, dá um novo rumo à nossa compreensão de como as nuvens de exoplanetas se formam e evoluem. “Esperávamos ver silicatos de magnésio”, disse a coautora Hannah Wakeford, também da Universidade de Bristol. “Mas o que estamos vendo, em vez disso, são provavelmente os blocos de construção deles, as minúsculas partículas de ‘semente’ necessárias para formar os grãos maiores de silicato que detectamos em exoplanetas mais frios e anãs marrons”.
Detectando variações sutis
Com um volume mais de sete vezes o de Júpiter e uma massa inferior a metade de Júpiter, WASP-17 b é um dos maiores e mais inchados exoplanetas conhecidos. Isto, juntamente com o seu curto período orbital de apenas 3,7 dias terrestres, torna o planeta ideal para espectroscopia de transmissão : uma técnica que envolve a medição dos efeitos de filtragem e dispersão da atmosfera de um planeta na luz estelar.
Webb observou o sistema WASP-17 durante quase 10 horas, coletando mais de 1.275 medições de brilho de luz infravermelha média de 5 a 12 mícrons enquanto o planeta cruzava sua estrela. Ao subtrair o brilho dos comprimentos de onda individuais da luz que atingiu o telescópio quando o planeta estava na frente da estrela daqueles da própria estrela, a equipe foi capaz de calcular a quantidade de cada comprimento de onda bloqueado pela atmosfera do planeta.
O que surgiu foi um inesperado “saliência” de 8,6 mícrons , uma característica que não seria esperada se as nuvens fossem feitas de silicatos de magnésio ou outros possíveis aerossóis de alta temperatura como óxido de alumínio, mas que faz todo o sentido se forem feitas de quartzo.
Um espectro de transmissão do exoplaneta gigante de gás quente WASP-17 b capturado pelo Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb em 12 a 13 de março de 2023, revela a primeira evidência de quartzo (sílica cristalina, SiO2) nas nuvens de um exoplaneta.
O espectro foi feito medindo a mudança no brilho de 28 bandas de comprimento de onda da luz infravermelha média à medida que o planeta transitava pela estrela. Webb observou o sistema WASP-17 usando o espectrógrafo de baixa resolução do MIRI durante quase 10 horas, coletando mais de 1.275 medições antes, durante e depois do trânsito.
Para cada comprimento de onda, a quantidade de luz
bloqueada pela atmosfera do planeta (círculos brancos) foi calculada subtraindo
a quantidade que atravessou a atmosfera da quantidade originalmente emitida
pela estrela.
A linha roxa sólida é o modelo que melhor se ajusta aos
dados do Webb (MIRI), Hubble e Spitzer. (Os dados do Hubble e do Spitzer
cobrem comprimentos de onda de 0,34 a 4,5 mícrons e não são mostrados no
gráfico.) O espectro mostra uma característica clara em torno de 8,6 mícrons,
que os astrônomos pensam ser causada por partículas de sílica que absorvem
parte da luz estelar que passa pela atmosfera.
A linha amarela tracejada mostra como seria aquela parte do espectro de transmissão se as nuvens na atmosfera do WASP-17 b não contivessem SiO2.
Isto marca a primeira vez que SiO2 foi identificado num
exoplaneta, e a primeira vez que qualquer espécie específica de nuvem foi
identificada num exoplaneta em trânsito.
Baixe imagens em resolução total para este artigo do
Space Telescope Science Institute (STScI)
Cristais, Nuvens e Ventos
Embora estes cristais tenham provavelmente uma forma semelhante aos prismas hexagonais pontiagudos encontrados em geodos e lojas de pedras preciosas na Terra, cada um deles tem apenas cerca de 10 nanômetros de diâmetro – um milionésimo de centímetro.
“Os dados do Hubble, na verdade, desempenharam um papel fundamental na restrição do tamanho dessas partículas”, explicou o coautor Nikole Lewis, da Universidade Cornell, que lidera o programa Webb Guaranteed Time Observation (GTO), projetado para ajudar a construir uma visão tridimensional de um ambiente quente . Atmosfera de Júpiter. “Sabemos que existe sílica apenas a partir dos dados MIRI de Webb, mas precisávamos das observações do visível e do infravermelho próximo do Hubble para contextualizar, para descobrir o tamanho dos cristais”.
Ao contrário das partículas minerais encontradas nas nuvens da Terra, os cristais de quartzo detectados nas nuvens do WASP-17 b não são varridos de uma superfície rochosa. Em vez disso, eles se originam na própria atmosfera. “WASP-17 b é extremamente quente – cerca de 1.500 graus Celsius (2.700°F) – e a pressão onde eles se formam no alto da atmosfera é apenas cerca de um milésimo do que experimentamos na superfície da Terra”, explicou Grant. “Nessas condições, os cristais sólidos podem se formar diretamente do gás, sem passar primeiro pela fase líquida”.
Compreender do que são feitas as nuvens é crucial para compreender o planeta como um todo. Júpiteres quentes como WASP-17 b são feitos principalmente de hidrogênio e hélio, com pequenas quantidades de outros gases como vapor de água (H2O) e dióxido de carbono (CO2). “Se considerarmos apenas o oxigénio que existe nestes gases e negligenciarmos a inclusão de todo o oxigênio contido em minerais como o quartzo (SiO2), subestimaremos significativamente a abundância total”, explicou Wakeford. “Esses lindos cristais de sílica nos contam sobre o inventário de diferentes materiais e como todos eles se unem para moldar o meio ambiente deste planeta”.
É difícil determinar exatamente quanto quartzo existe e quão difundidas são as nuvens. “As nuvens estão provavelmente presentes ao longo da transição dia/noite (o terminador), que é a região que as nossas observações sondam,” disse Grant. Dado que o planeta está bloqueado pelas marés com um lado diurno muito quente e um lado noturno mais frio, é provável que as nuvens circulem ao redor do planeta, mas vaporizem quando atingem o lado diurno mais quente. “Os ventos podem estar movendo essas minúsculas partículas vítreas a milhares de quilômetros por hora”.
WASP-17 b é um dos três planetas visados pelas investigações de Reconhecimento Profundo de Atmosferas de Exoplanetas da Equipe de Cientistas do Telescópio JWST usando Espectroscopia Multi-instrumentos (DREAMS), que são projetadas para reunir um conjunto abrangente de observações de um representante de cada classe chave de exoplanetas: um Júpiter quente, um Netuno quente e um planeta rochoso temperado. As observações MIRI do quente Júpiter WASP-17 b foram feitas como parte do programa GTO 1353 .
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadiana.
Contatos de mídia:
Laura Betz
Goddard Space Flight Center da NASA, Greenbelt, Maryland.
laura.e.betz@nasa.gov
Instituto de Ciências do Telescópio Espacial Christine Pulliam
, Baltimore, Maryland.
cpulliam@stsci.edu
Para saber mais, acesse o link>
Fonte: NASA / Públicação 10/10/2023
https://www.nasa.gov/missions/webb/webb-detects-tiny-quartz-crystals-in-the-clouds-of-a-hot-gas-giant/
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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