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Esses exoplanetas de algodão doce se escondem atrás de uma névoa que nem mesmo o Telescópio Espacial James Webb consegue penetrar
Um exoplaneta tão leve que flutuaria na água, caso existisse um oceano suficientemente grande, continua a frustrar os astrónomos ao esconder os seus segredos mais íntimos com uma camada de neblina mais espessa do que qualquer outra alguma vez vista num planeta antes.
A névoa é tão espessa que nem mesmo a visão do Telescópio Espacial James Webb (JWST) pode penetrá-lo, deixando sem solução o mistério de como este mundo de densidade ultrabaixa e seus planetas irmãos se formaram.
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Kepler-51d é membro de um sistema de quatro planetas que orbita um jovem Sol-como estrela 2.615 anos-luz ausente. Eles foram descobertos pela NASA Telescópio Espacial Keplerque observou os planetas em trânsito em sua estrela. A partir da quantidade de luz da estrela bloqueada durante os trânsitos, os astrónomos deduziram o tamanho dos mundos, e das variações do tempo de trânsito – a forma como a gravidade de cada planeta puxa e empurra os outros planetas, variando exactamente quando são vistos a transitar – as suas massas foram medidas. Os planetas 51b, c e d têm 7,1, 9 e 9,7 vezes a raio da Terrarespectivamente, tornando-os aproximadamente do mesmo tamanho que Saturno.
No entanto, os planetas b, c e d têm massas apenas 3,7, 5,6 e 5,6 vezes maiores que as da Terra, respectivamente. Saturno, por outro lado, tem massa 95 vezes maior que a da Terra. Portanto, esses mundos têm tamanho semelhante ao de Saturno, mas muito (muito) menos massivos. (O quarto planeta do sistema, e, só foi descoberto em 2024 e a sua massa e raio ainda não foram medidos com qualquer grau de precisão.)
É notável que as densidades dos planetas 51b, c e d tenham mais em comum com o algodão doce (ou algodão doce, como lhe chamamos no Reino Unido!) do que com os planetas com os quais estamos mais familiarizados.
Como tal, Kepler-51d e os seus companheiros mundos de densidade ultrabaixa são completamente estranhos aos planetas do nosso próprio planeta. sistema solar. Pegue os gigantes gasosos Júpiter ou Saturno, por exemplo, que possuem núcleos grandes, densos e bem definidos que por si só são dez vezes mais massivos que a Terra. Estes núcleos formaram-se primeiro e depois a sua força gravitacional atraiu massas de gás do disco de formação planetária que rodeava o Sol há 4,5 mil milhões de anos.
Em contraste, os mundos de densidade ultrabaixa do Kepler-51 “têm núcleos minúsculos e atmosferas enormes, o que lhes confere uma densidade semelhante à do algodão doce”, disse Libby-Roberts. Não está claro como estes pequenos núcleos poderiam ter acumulado quantidades relativamente grandes de gás.
Então, em busca de respostas, quando Libby-Roberts estava na Penn State University, ela liderou uma equipe em 2020 para observar espectroscopicamente o sistema Kepler-51 usando o Telescópio Espacial HubbleWide-Field Camera 3. O objetivo era procurar sinais da composição química da atmosfera em torno dos planetas, que pudessem fornecer pistas sobre a que distância da sua estrela estes mundos se formaram e como subsequentemente se tornaram tão ténues. Dada a sua baixa densidade, são sem dúvida ricos em hidrogénio e hélio, os dois elementos mais leves e comuns no Universo, mas os vários gases vestigiais presentes na sua atmosfera poderiam dizer-nos mais sobre a sua origem.
No entanto, o Hubble não encontrou nenhum sinal de qualquer química, levando Libby-Roberts e os seus colegas a suspeitar que poderia haver uma névoa indefinida inundando a atmosfera dos planetas.
Agora, Libby-Roberts regressou ao sistema Kepler-51, usando o Espectrómetro de Infravermelho Próximo (NIRSpec) do JWST para tentar sondar mais profundamente a atmosfera do Kepler-51d na esperança de detectar a sua composição química.
Eles pretendiam conseguir isso por meio de espectroscopia de trânsito. Quando Kepler-51d transita pela sua estrela, parte da luz da sua estrela é filtrada pela atmosfera do planeta. Quaisquer moléculas presentes podem absorver certos comprimentos de onda da luz da estrela, que devem aparecer no espectro da estrela como linhas de absorção.
“A luz de uma estrela é filtrada através da atmosfera do planeta antes de chegar aos nossos telescópios”, disse Libby-Roberts. “Se olharmos através de uma gama de comprimentos de onda, através de um espectro, obtemos uma espécie de impressão digital da atmosfera do planeta que revela a sua composição.”
No entanto, o espectro ainda não mostrava sinais da química da atmosfera de 51d, o que significa que a neblina presente deve ser a mais espessa alguma vez encontrada num exoplaneta, se mesmo o NIRSpec, operando em comprimentos de onda mais longos que o Hubble, não conseguir ver através dela.
“Parece muito semelhante à neblina que vemos na maior lua de Saturno Titãque contém hidrocarbonetos como o metano, mas em uma escala muito maior”, disse o co-pesquisador Suvrath Mahadevan, da Penn State. “Kepler-51d parece ter uma enorme quantidade de neblina, quase o raio da Terra.”
Atualmente não existem modelos de formação planetária que possam explicar como esses mundos de baixa densidade podem se formar, especialmente tão perto da sua estrela – se 51b, c e d fossem transportados para o nosso sistema solar, todos seriam agrupados numa região bem dentro da órbita de Vênus.
“É possível que (51d) se tenha formado mais longe e se tenha deslocado para dentro, mas ainda nos restam muitas questões sobre como este planeta – e os outros planetas neste sistema – se formaram,” disse Libby-Roberts. “O que há neste sistema que criou estes três planetas realmente estranhos, uma combinação de extremos que não vimos em nenhum outro lugar?”
É possível que estejamos vendo esses planetas em uma fase transitória. O sistema tem meio bilhão de anos, muito jovem comparado ao nosso sistema solar de 4,5 bilhões de anos. Sendo jovem, a estrela Kepler-51 ainda é bastante ativa e o seu vento estelar irá remover os gases exteriores dos planetas de densidade ultrabaixa. Talvez se voltarmos daqui a mil milhões de anos, grande parte do gás de cada planeta terá sido reduzido, deixando para trás um pequeno núcleo.
Algumas respostas ainda podem estar disponíveis. Uma equipe separada está realizando observações NIRSpec do Kepler-51b para tentar encontrar evidências da composição de sua atmosfera. Em vez disso, poderão descobrir que também está coberto de neblina, mas se tiverem sucesso, então as pistas que essas observações fornecem também poderão aplicar-se a 51c e d.
Em seguida, as medições do Kepler-51d são relatadas na edição de 16 de março da O Jornal Astronômico.
