Há metal no ar

Impressão de artista do Júpiter ultraquente WASP-121 b.
Crédito: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)

Com temperaturas atmosféricas que variam de aproximadamente 1650º C a 3590º C, os Júpiteres ultraquentes são laboratórios naturais para a ciência planetária extrema. Por exemplos, quaisquer moléculas na atmosfera de um Júpiter ultraquente serão decompostas nos seus átomos e iões componentes. Então, o que é que pode ser encontrado na atmosfera do Júpiter ultraquente WASP-121 b?

Laboratórios de ciência extrema

Os Júpiteres ultraquentes são diferentes de qualquer planeta no nosso Sistema Solar. São enormes, mas vivem muito perto das suas estrelas hospedeiras. Esta proximidade provoca muitos fenómenos invulgares, como variações químicas entre os lados diurno e noturno do planeta.

O calor intenso que os Júpiteres ultraquentes sofrem também leva à quebra dos seus componentes atmosféricos. Vários átomos e iões metálicos foram identificados nas atmosferas dos Júpiteres ultraquentes, incluindo sódio, ferro e magnésio neutros, e titânio e cálcio ionizados. No entanto, os metais mais neutros também podem ser detetados, especialmente nas partes inferiores das atmosferas destes planetas.

Saber que metais esperar num Júpiter ultraquente ajudaria em muito as observações e as classificações destes planetas. Para este fim, um grupo de investigadores liderados por Maya Ben-Yami (Universidade de Cambridge, Reino Unido) tentou prever que metais podem ser encontrados na atmosfera de WASP-121 b e, em seguida, comparou os seus resultados com as observações do planeta.

O espectro de modelo de transmissão de WASP-121 b com base em contribuições do ferro, crómio, vanádio e titânio neutros.
Crédito: Ben-Yami et al., 2020

Criando uma métrica de metal

WASP-121 b tem sido objeto de muitos estudos ao longo dos últimos anos. Completa uma órbita em torno da sua estrela a cada 1,3 dias e tem aproximadamente a massa de Júpiter. É um bom candidato à espectroscopia de transmissão – à observação da luz estelar filtrada através da atmosfera de um planeta para aprender mais sobre a composição atmosférica – já que é grande e a sua hospedeira é muito brilhante.

Ben-Yami e colaboradores começaram a sua análise modelando abundâncias atómicas para WASP-121 b. Usaram então estas abundâncias para entender o quão fortemente a assinatura de um metal apareceria num espectro. Depois de contabilizar efeitos como a rotação estelar, o resultado final é um espectro de transmissão modelo para WASP-121 b.

Com um modelo espectral em mão, Ben-Yami e colaboradores foram capazes de quantificar a probabilidade de um metal aparecer num espectro observado de WASP-121 b. Assumindo uma qualidade razoável e ruído de sinal para o espectro, descobriram que os metais neutros mais prováveis a serem observados em WASP-121 b seriam o ferro, titânio, vanádio e cromo.

Da esquerda para a direita e de cima para baixo, as deteções de ferro neutro, cromo neutro, vanádio neutro e ferro ionizado. As linhas brancas tracejadas indicam onde um modelo aplicado captou o sinal mais forte, o que, se suficientemente significativo, seria uma deteção. Vsys está relacionado com a velocidade da estrela hospedeira. Kp quantifica o efeito que um planeta tem no movimento da sua estrela hospedeira.
Crédito: Adaptado de Ben-Yami et al., 2020

Detetores de metais funcionais

A equipa usou observações obtidas pelo espectrógrafo HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) no Chile para testar as suas previsões. Com base nas suas métricas, pesquisaram os quatro metais mencionados anteriormente, juntamente com o escândio, ítrio e zircónio. Não conseguiram detetar o titânio, escândio, ítrio e zircónio neutros, mas recuperaram deteções anteriores de ferro neutro e ionizado. O mais excitante é que detetaram vanádio e cromo neutros pela primeira vez.

Estas deteções e não-deteções fornecem informações sobre o papel do óxido de vanádio e do óxido de titânio nos Júpiteres ulraquentes. Pensa-se que ambas as moléculas causem desvios na relação esperada entre a altitude e a temperatura. A deteção do vanádio neutro sugere que o óxido de vanádio é quebrado enquanto a não-deteção do titânio neutro sugere que o oposto é verdadeiro para o óxido de titânio.

Além das novas deteções de vanádio e cromo neutros, este estudo sugere que é viável investigar as atmosferas mais baixas dos Júpiteres ultraquentes usando métricas baseadas em modelos e espectros de alta qualidade. Tendo em conta que WASP-121 b é assim para o mais frio (ou menos quente), resta uma grande variedade de Júpiteres ultraquentes para caracterizar.

// AAS Nova (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

WASP-121 b:
NASA
Exoplanet.eu
Open Exoplanet Catalogue
Wikipedia

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
PlanetQuest
Enciclopédia dos Planetas Extrasolares

Observatório La Silla:
ESO
Wikipedia
HARPS (ESO)
HARPS (Wikipedia)

ESO:
Página oficial
Wikipedia

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