Uma imagem do Telescópio Espacial James Webb mostra o exoplaneta mais antigo e frio conhecido
Usando o Telescópio Espacial James Webb, uma equipe de astrônomos liderada pelo Instituto Max Planck de Astronomia fotografou um novo exoplaneta que orbita uma estrela no sistema triplo próximo Epsilon Indi. O planeta é um super-Júpiter frio exibindo uma temperatura de cerca de 0 graus Celsius e uma órbita ampla comparável à de Netuno ao redor do Sol. Esta medição só foi possível graças às capacidades de imagem sem precedentes do telescópio no infravermelho térmico. Ele exemplifica o potencial de encontrar muitos outros planetas semelhantes a Júpiter em massa, temperatura e órbita. Estudá-los melhorará nosso conhecimento de como os gigantes gasosos se formam e evoluem ao longo do tempo.
-Ficamos animados quando percebemos que tínhamos fotografado este novo planeta-, disse Elisabeth Matthews, pesquisadora do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, Alemanha. Ela é a principal autora do artigo de pesquisa subjacente. -Para nossa surpresa, o ponto brilhante que apareceu em nossas imagens não correspondia à posição que esperávamos para o planeta-, Matthews aponta. -Estudos anteriores identificaram corretamente um planeta neste sistema, mas subestimaram a massa e a separação orbital deste gigante gasoso super-Júpiter-. Com a ajuda do Telescópio Espacial James Webb, a equipe conseguiu esclarecer o registro.
Esta detecção é bastante incomum em vários aspectos. Ela mostra o primeiro exoplaneta fotografado com o Telescópio Espacial James Webb que ainda não havia sido fotografado do solo e é muito mais frio do que os planetas gasosos que o telescópio estudou até agora. Uma imagem – significa que o planeta aparece como um ponto brilhante nas imagens e, portanto, representa uma evidência direta. Os métodos de trânsito e velocidade radial são evidências indiretas, pois o planeta só se revela por meio de seu efeito mediado.
As observações atualizam medições anteriores
O planeta gira em torno do componente principal do sistema estelar triplo próximo Epsilon Indi, ou Eps Ind para abreviar. Convenções de rotulagem astronômica atribuem o rótulo Eps Ind A àquela estrela primária, uma estrela anã vermelha um pouco menor e mais fria que o sol. Para construir o nome do planeta, um -b- é anexado, resultando na designação Eps Ind Ab.
No entanto, esses planetas são difíceis de encontrar usando os métodos clássicos de detecção. Planetas distantes de suas estrelas hospedeiras são tipicamente muito frios, diferentemente dos Júpiteres quentes que circulam suas estrelas em separações de apenas alguns raios estelares. Órbitas largas são altamente improváveis de serem alinhadas ao longo da linha de visão para produzir um sinal de trânsito. Além disso, medir seus sinais com o método de velocidade radial é desafiador quando apenas uma pequena seção da órbita pode ser monitorada.
Estudos anteriores tentaram investigar um planeta gigante orbitando Eps Ind A usando medições de velocidade radial. No entanto, extrapolar uma pequena parte da órbita levou a conclusões incorretas sobre as propriedades do planeta. Afinal, Eps Ind Ab precisa de cerca de 200 anos para orbitar sua estrela. Observações ao longo de alguns anos são insuficientes para determinar a órbita com alta precisão.
Portanto, a equipe em torno de Matthews criou uma abordagem diferente. Eles queriam tirar uma foto do planeta conhecido usando um método comumente conhecido como imagem direta. Como as estrelas hospedeiras do exoplaneta são tão brilhantes, elas ofuscam qualquer outro objeto próximo. Câmeras comuns seriam sobrecarregadas pela luz ofuscante das estrelas.
Por esse motivo, a equipe empregou a câmera MIRI (Mid-Infrared Instrument) equipada com um coronógrafo do Telescópio Espacial James Webb. Essa máscara de bloqueio de luz cobre a estrela como um eclipse artificial. Outra vantagem é a proximidade do Eps Ind-s com a Terra, que é de apenas doze anos-luz. Quanto menor a distância até a estrela, maior a separação entre dois objetos aparece em uma imagem, proporcionando uma melhor chance de mitigar a interferência da estrela hospedeira. A câmera foi a escolha perfeita porque observa no infravermelho térmico ou médio, onde objetos frios brilham intensamente.
O que sabemos sobre a Eps Ind Ab?
-Descobrimos um sinal em nossos dados que não correspondia ao exoplaneta esperado,- diz Matthews. O ponto de luz na imagem não estava no local previsto. -Mas o planeta ainda parecia ser um planeta gigante,- acrescenta Matthews. No entanto, antes de poder fazer tal avaliação, os astrônomos tiveram que excluir que o sinal estava vindo de uma fonte de fundo não relacionada ao Eps Ind A.
-É sempre difícil ter certeza, mas, a partir dos dados, parecia bastante improvável que o sinal estivesse vindo de uma fonte de fundo extragaláctica,- explica Leindert Boogaard, outro cientista do Instituto Max Planck de Astronomia e coautor do artigo de pesquisa. De fato, ao navegar em bancos de dados astronômicos para outras observações de Eps Ind, a equipe se deparou com dados de imagens de 2019 obtidos com a câmera infravermelha VISIR acoplada ao Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul. Após reanalisar as imagens, a equipe encontrou um objeto tênue precisamente na posição onde deveria estar se a fonte fotografada com o Telescópio Espacial James Webb pertencesse à estrela Eps Ind A.
Os cientistas também tentaram entender a atmosfera do exoplaneta com base nas imagens disponíveis do planeta em três cores: duas do Telescópio Espacial James Webb e MIRI e uma do Telescópio Very Lage e VISIR. Eps Ind Ab é mais fraco do que o esperado em comprimentos de onda curtos. Isso pode indicar quantidades substanciais de elementos pesados, particularmente carbono, que constrói moléculas como metano, dióxido de carbono e monóxido de carbono, comumente encontrados em planetas gigantes gasosos. Alternativamente, pode indicar que o planeta tem uma atmosfera nublada. No entanto, mais trabalho é necessário para chegar a uma conclusão final.
Planos e perspectivas
Este trabalho é apenas um primeiro passo para caracterizar o Eps Ind Ab. – Nosso próximo objetivo é obter espectros que nos forneçam uma impressão digital detalhada da climatologia e composição química do planeta – diz Thomas Henning, diretor emérito do Instituto Max Planck de Astronomia, co-PI da câmera MIRI e coautor do artigo subjacente.
-A longo prazo, esperamos também observar outros sistemas planetários próximos para caçar gigantes gasosos frios que podem ter escapado da detecção,- diz Matthews. -Tal pesquisa serviria como base para uma melhor compreensão de como os planetas gasosos se formam e evoluem.-
Informações básicas
Os cientistas do Max Planck envolvidos neste estudo são Elisabeth Matthews, Leindert Boogaard e Thomas Henning.
Outros pesquisadores incluem Aarynn Carter (Space Telescope Science Institute, Baltimore, EUA), Caroline Morley (University of Texas em Austin, Austin, EUA) e Prashant Pathak (Indian Institutes of Technology, Kanpur, Índia).
O consórcio MIRI é composto pelos estados-membros da ESA Bélgica, Dinamarca, França, Alemanha, Irlanda, Holanda, Espanha, Suécia, Suíça e Reino Unido. As organizações científicas nacionais financiam o trabalho do consórcio – na Alemanha, a Sociedade Max Planck e o Centro Aeroespacial Alemão. As instituições alemãs participantes são o Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, a Universidade de Colônia e a Hensoldt AG em Oberkochen, antiga Carl Zeiss Optronics.
O JWST é o principal observatório de ciência espacial do mundo. É um programa internacional liderado pela NASA em conjunto com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
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