VHS 1256 b: Webb detecta nuvens rodopiantes e arenosas em exoplaneta distante

Esta ilustração contextualiza as nuvens rodopiantes identificadas pelo Telescópio Espacial James Webb na atmosfera do exoplaneta VHS 1256 b. O planeta está a cerca de 40 anos-luz de distância e orbita duas estrelas que estão travadas em sua própria rotação apertada.
Suas nuvens, cheias de poeira de silicato, estão constantemente subindo, se misturando e se movendo durante o dia de 22 horas terrestres.
[Descrição da imagem: Ilustração de um planeta. O fundo é preto, mais escuro na borda esquerda, com luz fluindo de um pequeno par de estrelas à direita. O planeta está à esquerda em laranja escuro e contém várias listras. As listras mais brilhantes estão nos terços superior e inferior. Um pequeno círculo oval representando uma grande tempestade aparece no canto superior esquerdo. A borda direita do planeta (o lado voltado para a estrela) está iluminada, enquanto o resto está em grande parte na sombra.]
Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Pesquisadores observando com o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA identificaram características de nuvens de silicato na atmosfera de um planeta (anã castanha?)  [1] distante. A atmosfera está constantemente subindo, misturando-se e movendo-se durante as 22 horas do dia, trazendo o material mais quente para cima e empurrando o material mais frio para baixo. As mudanças de brilho resultantes são tão dramáticas que é o objeto de massa planetária mais variável conhecido até hoje. A equipe científica também fez detecções extraordinariamente claras de água, metano e monóxido de carbono com os dados do Telescópio Webb e encontrou evidências de dióxido de carbono. Este é o maior número de moléculas já identificadas de uma só vez em um planeta fora do nosso Sistema Solar.

Catalogado como VHS 1256-1257 b, esse objeto reside a cerca de 40 anos-luz de distância da Terra e orbita não uma, mas duas estrelas (VHS 1256 e 1257) em um período de 10.000 anos terrestres (ou seja, na Terra, passaram 10 mil anos. Efetivamente, para esse planeta, só se passou 1 ano, que corresponde a uma só órbita ao redor das suas estrelas-mãe. Isto não se relaciona com o fenómeno da Dilatação do Tempo, da Relatividade, mas sim com a forma como medimos o tempo, pois estamos habituados a medir tudo em relação aos movimentos da Terra).

Brittany Miles, líder da equipe científica da Universidade do Arizona, disse:

VHS 1256 b está cerca de quatro vezes mais longe de suas estrelas do que Plutão está do nosso Sol, o que o torna um grande alvo para o Webb. Isso significa que a luz do planeta não está misturada com a luz de suas estrelas. Mais acima em sua atmosfera, onde as nuvens de silicato estão se agitando, as temperaturas atingem escaldantes 830 °C.

Brittany Miles

Dentro dessas nuvens, Webb detectou grãos de poeira de silicato maiores e menores, que são mostrados em um espectro. A coautora Beth Biller, da Universidade de Edimburgo, no Reino Unido, observou:

Os grãos de silicato mais finos em sua atmosfera podem ser mais como minúsculas partículas na fumaça. Os grãos maiores podem ser mais como partículas de areia muito quentes e muito pequenas.

Beth Biller

VHS 1256 b tem baixa gravidade em comparação com anãs marrons mais massivas [1], o que significa que suas nuvens de silicato podem aparecer e permanecer mais altas em sua atmosfera, onde o observatório Webb é capaz de detectá-las. Outra razão pela qual seus céus são tão turbulentos é a idade do planeta. Em termos astronômicos, é bastante jovem. Apenas 150 milhões de anos se passaram desde que se formou e esse objeto continuará a mudar e esfriar por bilhões de anos.  

A equipe de pesquisa liderada por Brittany Miles, da Universidade do Arizona, usou dois instrumentos conhecidos como espectrógrafos a bordo do James Webb Space Telescope, um em seu Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) e outro em seu Mid-Infrared Instrument (MIRI), para observar uma vasta secção de luz infravermelha próxima à média emitida pelo planeta VHS 1256 b. Eles traçaram a luz no espectro, identificando assinaturas de nuvens de silicato, água, metano e monóxido de carbono. Eles também encontraram evidências de dióxido de carbono.
[Descrição da imagem: Gráfico intitulado “Exoplanet VHS 1256 b Emission Spectrum”. A etiqueta no canto superior direito diz NIRSpec e MIRI, IFU Medium-Resolution Spectroscopy. O espectro é plotado em um gráfico com os eixos y e x. O gráfico mostra linhas irregulares. Existem rótulos para água, monóxido de carbono, metano e silicatos.]
Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI), B. Miles (Universidade do Arizona), S. Hinkley (Universidade de Exeter), B. Biller (Universidade de Edimburgo), A. Skemer (Universidade da Califórnia, Santa Cruz )

De muitas maneiras, a equipe considera essas descobertas como as primeiras “moedas” retiradas de um espectro que os pesquisadores veem como um baú do tesouro de dados, ou seja, os cientistas apenas começaram a identificar seu conteúdo.

Identificamos silicatos, mas uma melhor compreensão de quais tamanhos e formas de grãos correspondem a tipos específicos de nuvens exigirá muito trabalho adicional. Esta não é a palavra final neste planeta – é o começo de um esforço de modelagem em larga escala para ajustar os dados complexos do observatório Webb.

Brittany Miles

Embora todas as características observadas pela equipe tenham sido detectadas em outros planetas em outras partes da Via Láctea por outros telescópios, outras equipes de pesquisa normalmente identificaram apenas uma de cada vez. O coautor Andrew Skemer, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, declarou:

Nenhum outro telescópio identificou tantos recursos ao mesmo tempo para um único alvo. Estamos vendo muitas moléculas em um único espectro de Webb que detalham os sistemas dinâmicos de nuvens e clima do planeta.

Andrew Skemer

A equipe chegou a essas conclusões analisando dados conhecidos como espectros coletados por dois instrumentos a bordo do Webb, o Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) e o Mid-Infrared Instrument (MIRI). Como o planeta orbita a uma distância tão grande de suas estrelas, os pesquisadores puderam observá-lo diretamente, em vez de usar a técnica de trânsito [2] ou um coronógrafo [3] para obter esses dados.

Haverá muito mais para aprender sobre o VHS 1256 b nos próximos meses e anos, enquanto esta equipe (e outras) continuam a examinar os dados infravermelhos de alta resolução do Webb.

Há um enorme retorno em uma quantidade muito modesta de tempo de telescópio. Com apenas algumas horas de observações, temos o que parece ser um potencial ilimitado para descobertas adicionais.

Beth Biller

O que pode ser deste planeta daqui a bilhões de anos? Como está tão longe de suas estrelas, ficará mais frio com o tempo e seus céus podem passar de nublado para claro.

Dados de VHS 1256-1257 b conforme Exoplanet.eu

Os pesquisadores observaram o VHS 1256 b como parte do programa Webb’s Early Release Science, projetado para ajudar a transformar a capacidade da comunidade astronômica de caracterizar planetas e os discos dos quais eles se formam.

O artigo da equipe, intitulado “The JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems II: A 1 to 20 Micron Spectrum of the Planetary-Mass Companion VHS 1256-1257 b”, foi publicado no The Astrophysical Journal Letters em 22 de março de 2023.

Notas

[1] Uma anã marrom ou anã castanha é um objeto pequeno demais para formar uma estrela ordinária porque não pode produzir energia suficiente por fusão do hidrogênio em seu núcleo para compensar a energia radiativa que perde de sua superfície. Uma anã marrom / anã castanha tem tipicamente uma massa menor que 8% que a massa do Sol. 

No caso de VHS 1256-1257 b sua massa é 19 ⁺_– 5 vezes a massa de Júpiter e portanto muito próxima da fronteira teórica para ser considerado uma anã castanha. Recomendamos a leitura a seguir para entender mais sobre o tema:

O que diferencia um exoplaneta gigante de uma anã marrom? Novas pesquisas desafiam os limites teóricos

[2] A técnica de trânsito é usada para detectar e estudar exoplanetas. Quando um planeta passa diretamente entre uma estrela e seu observador, ele diminui a luz da estrela em uma quantidade mensurável. Os trânsitos podem ajudar a determinar uma variedade de características de exoplanetas, incluindo sua órbita ou período, o tamanho do planeta e detalhes sobre sua atmosfera.

[3] Um coronógrafo é um instrumento projetado para bloquear a luz direta de uma estrela, de modo que os objetos circundantes que, de outra forma, estariam ocultos no brilho da estrela possam ser observados.

Fonte

ESA/WEBB: weic2308 — Science Release – Webb spots swirling, gritty clouds on remote planet

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