{"id":5370,"date":"2022-08-30T06:25:10","date_gmt":"2022-08-30T05:25:10","guid":{"rendered":"http:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=5370"},"modified":"2022-08-30T06:25:22","modified_gmt":"2022-08-30T05:25:22","slug":"webb-deteta-dioxido-de-carbono-em-atmosfera-exoplanetaria","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2022\/08\/30\/webb-deteta-dioxido-de-carbono-em-atmosfera-exoplanetaria\/","title":{"rendered":"Webb deteta di\u00f3xido de carbono em atmosfera exoplanet\u00e1ria"},"content":{"rendered":"\n

O Telesc\u00f3pio Espacial James Webb da NASA\/ESA\/CSA encontrou evid\u00eancias definitivas de di\u00f3xido de carbono na atmosfera de um planeta gigante gasoso em \u00f3rbita de uma estrela semelhante ao Sol a 700 anos-luz de dist\u00e2ncia. O resultado fornece importantes conhecimentos sobre a composi\u00e7\u00e3o e forma\u00e7\u00e3o do planeta e \u00e9 indicativo da capacidade do Webb em tamb\u00e9m detetar e medir di\u00f3xido de carbono nas atmosferas mais finas de planetas rochosos de menor dimens\u00e3o.<\/p>\n\n\n

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Esta \u00e9 uma impress\u00e3o art\u00edstica do aspeto do exoplaneta WASP-39 b, com base no conhecimento atual do planeta. WASP-39 b \u00e9 um gigante gasoso e inchado, com uma massa 0,28 vezes superior \u00e0 de J\u00fapiter (0,94 vezes a de Saturno) e um di\u00e2metro 1,3 vezes superior ao de J\u00fapiter, orbitando apenas a 0,0486 unidades astron\u00f3micas (7.274.285 km) da sua estrela hospedeira. A estrela, WASP-39, \u00e9 fraccionariamente mais pequena e menos massiva do que o Sol. Por estar t\u00e3o perto da sua estrela, WASP-39 b \u00e9 muito quente e \u00e9 prov\u00e1vel que tenha bloqueio de mar\u00e9, o que significa que um dos lados est\u00e1 sempre virado para a estrela. Os dados recolhidos pelo NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb mostram provas inequ\u00edvocas de di\u00f3xido de carbono na atmosfera, enquanto observa\u00e7\u00f5es anteriores pelo Hubble, Spitzer e outros telesc\u00f3pios indicam tamb\u00e9m a presen\u00e7a de vapor de \u00e1gua, s\u00f3dio e pot\u00e1ssio. O planeta tem provavelmente nuvens e alguma forma de meteorologia, mas pode n\u00e3o ter bandas atmosf\u00e9ricas como as de J\u00fapiter e Saturno. Esta ilustra\u00e7\u00e3o baseia-se em observa\u00e7\u00f5es de tr\u00e2nsito indireto pelo Webb, bem como de outros telesc\u00f3pios espaciais e terrestres. O Webb n\u00e3o capturou uma imagem direta deste planeta.
Cr\u00e9dito: NASA, ESA, CSA e J. Olmsted (STScI)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

WASP-39 b \u00e9 um quente gigante gasoso com uma massa aproximadamente um-quarto da de J\u00fapiter (aproximadamente a mesma que Saturno) e um di\u00e2metro 1,3 vezes superior ao de J\u00fapiter. \u00c9 um planeta “inchado” devido, em parte, \u00e0 sua temperatura elevada (cerca de 900\u00ba C). Ao contr\u00e1rio dos gigantes de g\u00e1s mais compactos e frios no nosso Sistema Solar, WASP-39 b orbita muito perto da sua estrela hospedeira – apenas cerca de um-oitavo da dist\u00e2ncia entre o Sol e Merc\u00fario – completando uma volta em pouco mais de quatro dias terrestres. A descoberta do planeta, anunciada em 2011, baseou-se em dete\u00e7\u00f5es terrestres da subtil e peri\u00f3dica diminui\u00e7\u00e3o de luz da estrela hospedeira \u00e0 medida que o planeta transita, ou passa em frente da estrela.<\/p>\n\n\n\n

Planetas em tr\u00e2nsito como WASP-39b, cujas \u00f3rbitas observamos de lado e n\u00e3o de cima, podem proporcionar aos investigadores oportunidades ideais para sondar atmosferas planet\u00e1rias.<\/p>\n\n\n\n

Durante um tr\u00e2nsito, parte da luz estelar \u00e9 eclipsada completamente pelo planeta (provocando a queda de brilho) e alguma \u00e9 transmitida atrav\u00e9s da atmosfera do planeta. A atmosfera filtra algumas cores mais do que outras, dependendo de fatores como a sua composi\u00e7\u00e3o, a sua espessura e se existem ou n\u00e3o nuvens (n\u00f3s observamos este efeito na nossa pr\u00f3pria atmosfera, \u00e0 medida que a cor e a qualidade da luz diurna muda, dependendo de qu\u00e3o nublado ou h\u00famido est\u00e1 o ar, ou de onde o Sol est\u00e1 no c\u00e9u).<\/p>\n\n\n\n

Dado que diferentes gases absorvem diferentes combina\u00e7\u00f5es de cores, os investigadores podem analisar pequenas diferen\u00e7as no brilho da luz transmitida atrav\u00e9s de um espectro de comprimentos de onda e assim determinar exatamente de que \u00e9 composta uma atmosfera. Com a sua combina\u00e7\u00e3o de atmosfera inflada e tr\u00e2nsitos frequentes, WASP-39 b \u00e9 um alvo ideal para esta t\u00e9cnica, conhecida como espectroscopia de transmiss\u00e3o. A equipa usou o instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb para fazer esta dete\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n

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Um espectro de transmiss\u00e3o do quente exoplaneta gigante gasoso WASP-39 b, captado pelo NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb a 10 de julho de 2022, revela as primeiras evid\u00eancias definitivas de di\u00f3xido de carbono na atmosfera de um planeta fora do Sistema Solar. Este \u00e9 o primeiro detalhado espectro de transmiss\u00e3o alguma vez capturado que cobre comprimentos de onda entre 3 e 5,5 micr\u00f3metros.
Um espectro de transmiss\u00e3o \u00e9 feito comparando a luz estelar filtrada atrav\u00e9s da atmosfera de um planeta \u00e0 medida que este se move em frente da estrela, com a luz estelar n\u00e3o filtrada detetada quando o planeta est\u00e1 ao lado da estrela. Cada um dos 95 pontos de dados (c\u00edrculos brancos) neste gr\u00e1fico representa a quantidade de um comprimento de onda espec\u00edfico de luz que \u00e9 bloqueada pelo planeta e absorvida pela sua atmosfera.
Este espectro foi feito medindo a mudan\u00e7a de luminosidade de cada comprimento de onda ao longo do tempo \u00e0 medida que o planeta transitava pela sua estrela. A atmosfera do planeta absorve alguns comprimentos de onda mais do que outros. Os comprimentos de onda absorvidos pela atmosfera aparecem como picos no espectro de transmiss\u00e3o. A colina centrada em torno de 4,3 micr\u00f3metros representa a luz absorvida pelo di\u00f3xido de carbono.
As linhas cinzentas que se estendem acima e abaixo de cada ponto de dados s\u00e3o barras de erro que mostram a incerteza de cada medi\u00e7\u00e3o, ou a gama razo\u00e1vel de valores poss\u00edveis. Para uma \u00fanica observa\u00e7\u00e3o, o erro nestas medi\u00e7\u00f5es \u00e9 extremamente pequeno.
A linha azul \u00e9 um modelo mais adequado que tem em conta os dados, as propriedades conhecidas de WASP-39 b e a sua estrela (por exemplo, tamanho, massa, temperatura) e as caracter\u00edsticas assumidas da atmosfera. Os investigadores podem variar os par\u00e2metros do modelo – alterando caracter\u00edsticas desconhecidas como a altura da nuvem na atmosfera e a abund\u00e2ncia de v\u00e1rios gases – para obter um melhor ajuste e compreender melhor como \u00e9 realmente a atmosfera. O modelo aqui mostrado assume que o planeta \u00e9 feito principalmente de hidrog\u00e9nio e h\u00e9lio com pequenas quantidades de \u00e1gua e di\u00f3xido de carbono, com um fino v\u00e9u de nuvens.
WASP-39 b \u00e9 um exoplaneta gigante de g\u00e1s quente que orbita uma estrela semelhante ao Sol a cerca de 700 anos-luz de dist\u00e2ncia, na dire\u00e7\u00e3o da constela\u00e7\u00e3o de Virgem. O planeta orbita extremamente perto da sua estrela (menos de 1\/20 da dist\u00e2ncia entre a Terra e o Sol) e completa uma \u00f3rbita em pouco mais de quatro dias terrestres. A descoberta do planeta, baseada em observa\u00e7\u00f5es baseadas no solo, foi anunciada em 2011. A estrela, WASP-39, tem aproximadamente o mesmo tamanho, massa, temperatura e cor que o Sol.
Cr\u00e9dito: NASA, ESA, CSA e L. Hustak (STScI); ci\u00eancia – equipa da comunidade exoplanet\u00e1ria do programa ERS do JWST<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

No espectro resultante da atmosfera exoplanet\u00e1ria, a pequena “colina” entre 4,1 e 4,6 micr\u00f3metros \u00e9 tudo menos trivial para os investigadores. \u00c9 a primeira evid\u00eancia clara, detalhada e indiscut\u00edvel de di\u00f3xido de carbono alguma vez detetada num planeta para l\u00e1 do Sistema Solar.<\/p>\n\n\n\n

“Assim que os dados apareceram no meu ecr\u00e3, a impressionante caracter\u00edstica do di\u00f3xido de carbono agarrou-me”, disse Zafar Rustamkulov, estudante na Universidade Johns Hopkins, EUA e membro da equipa dos tr\u00e2nsitos exoplanet\u00e1rios. “Foi um momento especial, este importante atravessar do limiar nas ci\u00eancias exoplanet\u00e1rias”.<\/p>\n\n\n\n

Mesmo sem a forte caracter\u00edstica do di\u00f3xido de carbono, este espectro seria not\u00e1vel. Nenhum observat\u00f3rio alguma vez mediu antes diferen\u00e7as t\u00e3o subtis no brilho de tantas cores individuais na gama de 3 a 5,5 micr\u00f3metros num espectro de transmiss\u00e3o exoplanet\u00e1rio. O acesso a esta parte do espectro \u00e9 crucial para medir as abund\u00e2ncias de gases como a \u00e1gua e o metano, bem como o di\u00f3xido de carbono, que se pensa existirem nas atmosferas de muitos tipos diferentes de exoplanetas.<\/p>\n\n\n\n

“A dete\u00e7\u00e3o de um sinal t\u00e3o claro de di\u00f3xido de carbono em WASP-39b \u00e9 um bom sinal para a dete\u00e7\u00e3o de atmosferas em planetas mais pequenos de dimens\u00e3o terrestre”, disse Natalie Batalha da Universidade da Calif\u00f3rnia em Santa Cruz, EUA, que lidera a equipa de investigadores que estudam os exoplanetas em tr\u00e2nsito com o Webb.<\/p>\n\n\n\n

“\u00c9 espantoso ver o instrumento NIRSpec da ESA produzir estes dados incr\u00edveis t\u00e3o cedo na miss\u00e3o, quando sabemos que ainda podemos melhorar a qualidade dos dados daqui para a frente”, acrescentou Sarah Kendrew, cientista do instrumento MIRI do Webb para a ESA, no STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, EUA.<\/p>\n\n\n\n

Compreender a composi\u00e7\u00e3o da atmosfera de um planeta \u00e9 importante porque diz-nos algo sobre a origem do planeta e de como este evoluiu. “As mol\u00e9culas de di\u00f3xido de carbono s\u00e3o rastreadores sens\u00edveis da hist\u00f3ria da forma\u00e7\u00e3o planet\u00e1ria”, disse o membro da equipa Mike Line da Universidade Estatal do Arizona, EUA. “Ao medir esta caracter\u00edstica do di\u00f3xido de carbono, podemos determinar quanto material s\u00f3lido vs. quanto material gasoso foi utilizado para formar este gigante planeta de g\u00e1s. Na pr\u00f3xima d\u00e9cada, o Webb far\u00e1 esta medi\u00e7\u00e3o para uma variedade de planetas, fornecendo informa\u00e7\u00f5es sobre os detalhes de como os planetas se formam e sobre a singularidade do nosso pr\u00f3prio Sistema Solar”.<\/p>\n\n\n

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Uma s\u00e9rie de curvas de luz do NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb mostra a mudan\u00e7a de brilho de tr\u00eas comprimentos de onda (cores) diferentes da luz do sistema estelar WASP-39 ao longo do tempo, \u00e0 medida que o planeta transitava pela estrela no dia 10 de julho de 2022. Ocorre um tr\u00e2nsito quando um planeta em \u00f3rbita se move entre a estrela e o telesc\u00f3pio, bloqueando alguma da luz.
Para capturar estes dados, o Webb olhou fixamente para o sistema estelar WASP-39 durante mais de oito horas, come\u00e7ando cerca de tr\u00eas horas antes do tr\u00e2nsito e terminando cerca de duas horas ap\u00f3s o tr\u00e2nsito estar completo. O tr\u00e2nsito em si durou cerca de tr\u00eas horas. Cada curva aqui apresentada inclui um total de 500 medi\u00e7\u00f5es individuais de luminosidade – cerca de uma por minuto.
Embora todas as cores estejam bloqueadas at\u00e9 certo ponto pelo planeta, algumas est\u00e3o bloqueadas mais do que outras. Isto ocorre porque diferentes gases na atmosfera absorvem quantidades diferentes em diferentes comprimentos de onda. Como resultado, cada cor tem uma curva de luz ligeiramente diferente. Durante o tr\u00e2nsito de WASP-39 b, a luz com um comprimento de onda de 4,3 micr\u00f3metros n\u00e3o \u00e9 t\u00e3o brilhante como 3,0 micr\u00f3metros ou 4,7 micr\u00f3metros de luz porque \u00e9 absorvida pelo di\u00f3xido de carbono.
Cr\u00e9dito: NASA, ESA, CSA e L. Hustak (STScI); ci\u00eancia – equipa da comunidade exoplanet\u00e1ria do programa ERS do JWST<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Estes resultados tamb\u00e9m acrescentam a investiga\u00e7\u00e3o existente pelo Telesc\u00f3pio Espacial Hubble da NASA\/ESA. “Nas \u00faltimas d\u00e9cadas, o Telesc\u00f3pio Espacial Hubble tem criado o precedente para os mist\u00e9rios que estas atmosferas cont\u00eam, desde nuvens dispersando caracter\u00edsticas moleculares obscuras, a dete\u00e7\u00f5es de absor\u00e7\u00e3o de vapor de \u00e1gua e atmosferas em fuga”, disse a membro da equipa Hannah Wakeford da Universidade de Bristol, no Reino Unido. “O Webb ir\u00e1 complementar e ampliar estes estudos com maior resolu\u00e7\u00e3o, maior cobertura de comprimento de onda e precis\u00e3o para revelar as principais tend\u00eancias nos dados que apontam para a forma\u00e7\u00e3o e evolu\u00e7\u00e3o destes planetas”.<\/p>\n\n\n\n

A observa\u00e7\u00e3o NIRSpec de WASP-39 b \u00e9 apenas parte de uma maior investiga\u00e7\u00e3o que inclui observa\u00e7\u00f5es do planeta usando uma s\u00e9rie de instrumentos, bem como observa\u00e7\u00f5es de dois outros planetas em tr\u00e2nsito. A investiga\u00e7\u00e3o, que faz parte do programa ERS (Early Release Science), foi concebida para fornecer \u00e0 comunidade de investiga\u00e7\u00e3o exoplanet\u00e1ria dados Webb robustos o mais rapidamente poss\u00edvel.<\/p>\n\n\n\n

“Ver os dados pela primeira vez foi como ler um poema na sua totalidade, quando antes s\u00f3 t\u00ednhamos uma em cada tr\u00eas palavras”, acrescentou a membro da equipa Laura Kreidberg do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, Alemanha. “Estes primeiros resultados s\u00e3o apenas o come\u00e7o; os dados do ERS mostraram que o Webb tem um desempenho magn\u00edfico, e os exoplanetas mais pequenos e frios (mais parecidos com a nossa pr\u00f3pria Terra) est\u00e3o ao seu alcance”.<\/p>\n\n\n\n

“O objetivo \u00e9 analisar rapidamente as observa\u00e7\u00f5es ERS e desenvolver ferramentas de c\u00f3digo aberto para a comunidade cient\u00edfica utilizar”, explicou Vivien Parmentier da Universidade de Oxford, no Reino Unido. “Isto permite contribui\u00e7\u00f5es de todo o mundo e assegura que das pr\u00f3ximas d\u00e9cadas de observa\u00e7\u00f5es s\u00f3 sair\u00e1 a melhor ci\u00eancia poss\u00edvel”.<\/p>\n\n\n\n

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