Nova era de exploração de exoplanetas começa com estudo ‘notável’ do JWST sobre WASP

Estudos da atmosfera de um exoplaneta usando instrumentos do Telescópio Espacial James Webb revelaram a detecção de novas moléculas e estruturas de nuvens.

Num conjunto de estudos em cinco artigos, uma grande equipa internacional, incluindo investigadores do Imperial College London, demonstrou o poder do Telescópio Espacial James Webb (JWST) na investigação de exoplanetas.

O telescópio foi usado para investigar a atmosfera do exoplaneta WASP-39b, um planeta gigante gasoso que orbita uma estrela a 700 anos-luz de distância. WASP-39b é extremamente ‘inchado’ – tem um raio um pouco maior que Júpiter, mas menos da metade da massa. Isso significa que há muita atmosfera para os pesquisadores estudarem.

O JWST, lançado no dia de Natal de 2021, realiza astronomia infravermelha e é o sucessor do Telescópio Espacial Hubble. Ele carrega vários tipos de instrumentos de detecção, incluindo o Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec), a Near InfraRed Camera (NIRCam) e o Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), que foram usados ​​para os novos estudos.

As medições do WASP-39b são feitas quando o planeta passa em frente da sua estrela, com a luz estelar brilhando através da sua atmosfera fornecendo aos instrumentos muitos detalhes sobre a composição química e a estrutura da atmosfera.

Em agosto de 2022, foi anunciado que um dos instrumentos detectou dióxido de carbono na atmosfera de WASP-39b, a primeira vez que esta molécula foi detectada na atmosfera de um exoplaneta. Os novos dados, provenientes de todo um conjunto de instrumentos, também revelam a primeira detecção de monóxido de carbono na atmosfera de WASP-39b, bem como a primeira detecção de dióxido de enxofre na atmosfera de qualquer exoplaneta.

A equipe descobriu que o dióxido de enxofre é produzido por fotoquímica – reações químicas catalisadas pela luz das estrelas. Esta é a primeira vez que um subproduto fotoquímico foi detectado num exoplaneta. A fotoquímica é fundamental para a vida na Terra, desde a produção de ozônio na alta atmosfera até a fotossíntese em plantas e algas e até a produção de vitamina D em nossa pele.

O processo utilizado para identificar estas novas moléculas, juntamente com a água, o sódio e o potássio previamente descobertos, também dá aos investigadores uma visão antecipada dos rácios de abundância elementar, que comparam a proporção de dois elementos.

Estas medidas, como as razões carbono-oxigénio e potássio-oxigénio, podem fornecer aos investigadores informações sobre como o planeta se formou a partir do disco de gás e poeira que rodeia a estrela-mãe nos seus anos mais jovens.

Os estudos também revelam evidências de cobertura de nuvens não uniforme na atmosfera de WASP-39b, potencialmente de forma semelhante às nuvens de Saturno e Júpiter.

Os novos artigos foram liderados pelos estudantes de doutorado Zafar Rustamkulov da Universidade Johns Hopkins, Lili Alderson da Universidade de Bristol, Eva-Maria Ahrer da Universidade de Warwick, Adina Feinstein da Universidade de Chicago e Shang-Min Tsai da Universidade de Oxford.

James Kirk, do Imperial College London, do Departamento de Física, foi um membro importante da equipe PRISM do NIRSpec, fornecendo análises independentes dos dados usando software que ele mesmo escreveu.

O instrumento funciona medindo o brilho da estrela à medida que muda ao longo do tempo durante o qual o planeta passa à sua frente. Isso resulta em cerca de 21.500 medições em um período de oito horas. O software do Dr. Kirk combina essas medições de brilho com modelos planetários para gerar um espectro de luz e revelar os átomos e moléculas presentes na atmosfera do planeta.

Dessa forma, foi uma das primeiras pessoas a produzir resultados para a composição atmosférica do planeta. Ele disse: “Fiquei impressionado quando vi pela primeira vez o espectro do planeta. Eu sabia que tínhamos algo notável, em termos do nível de estrutura do espectro e da precisão que alcançamos.

“O nível de detalhe fornecido pelo JWST é revolucionário. É incrivelmente emocionante pensar que estamos apenas no início da era JWST.”