A maioria dos planetas costuma ter uma atmosfera inicial diferente daquela em que acabam. A maior parte do gás do sistema solar será hidrogênio e hélio. Mas uma olhada através dos planetas rochosos em nosso sistema solar revela três atmosferas muito diferentes (e uma muito fraca), com hidrogênio e hélio sendo componentes relativamente menores. À medida que ganhamos a capacidade de olhar para as atmosferas de exoplanetas, devemos obter uma perspectiva maior de todas as maneiras pelas quais as atmosferas podem mudar à medida que seus planetas envelhecem.
Esta semana, uma equipe internacional de astrônomos relatou ter encontrado uma atmosfera em um planeta onde não se esperava que ela existisse. Os astrônomos sugerem que é na verdade a segunda atmosfera do planeta, que resultou da atividade vulcânica após o primeiro ponto de ebulição no início da história do planeta.
Capture a atmosfera
Em geral, atualmente não temos a tecnologia para fotografar exoplanetas, a menos que sejam muito grandes, muito pequenos e a uma grande distância da estrela em órbita. No entanto, ainda podemos reconhecer o que está em sua atmosfera. Para fazer isso, precisamos observar um planeta que passa pela linha de visão entre a Terra e sua estrela. Durante o trânsito, uma pequena porcentagem da luz da estrela viaja pela atmosfera do planeta a caminho da Terra, interagindo com as partículas de lá.
Essas partículas deixam uma marca no espectro de luz que chega à Terra. É uma assinatura muito tênue, porque a maior parte da luz da estrela nunca vê a atmosfera. Mas, combinando dados de vários dias de observação, é possível fazer essa assinatura distinta do ruído.
Foi o que os cientistas fizeram com o GJ 1132 b, um exoplaneta orbitando uma pequena estrela a 40 anos-luz da Terra. O planeta tem aproximadamente o tamanho da Terra e cerca de 1,5 vezes sua massa. Ele também orbita muito perto de sua estrela hospedeira, completando uma órbita completa em apenas 1,6 dias. Isso é próximo o suficiente para garantir que, apesar da pequena estrela fraca, GJ 1132 b é extremamente quente.
Na verdade, está muito próximo e quente; na verdade, os pesquisadores estimam que atualmente está perdendo cerca de 10.000 kg de atmosfera a cada segundo. Como se esperava que a estrela hospedeira fosse muito mais brilhante no início de sua história, os pesquisadores estimam que GJ 1132 b teria perdido uma atmosfera razoável nos primeiros 100 milhões de anos de sua existência. Na verdade, ao longo da vida do planeta, os pesquisadores estimam que ele pode ter perdido uma atmosfera que pesa cerca de cinco vezes a massa atual do planeta – o tipo de coisa que você veria se o planeta remanescente fosse o núcleo de um jovem Netuno. .
(Existem algumas dúvidas sobre esses números, com base na frequência com que sua estrela emite partículas de alta energia e quão forte é o campo magnético do planeta. Mas eles não são grandes o suficiente para manter a atmosfera no lugar durante os 5 bilhões de anos do planeta inteiro. encontro.)
Portanto, os pesquisadores podem se surpreender ao descobrir que, com base nos dados do Hubble, o planeta parece ter uma atmosfera.
Como isso veio parar aqui?
Uma possível explicação para isso é que o planeta se formou a uma distância menor da estrela e então migrou para o interior. Mas isso significa que descobrimos GJ 1132 b em uma janela de tempo relativamente estreita: entre chegar perto o suficiente da estrela para perder sua atmosfera, mas antes que toda aquela atmosfera tivesse se aquecido no espaço. Melhor se o planeta se formou perto de onde estava e criou uma segunda atmosfera depois que a primeira foi perdida.
Felizmente, os dados fornecidos pelo Hubble foram capazes de fornecer algumas dicas do que está na atmosfera. A assinatura deixada por partículas na atmosfera à luz das estrelas fornece algumas pistas de como elas podem ser. Essas semânticas são complexas – já que há muitas moléculas que possuem sinais que se sobrepõem parcialmente em algumas regiões do espectro, mas não em outras – e aumentam a complexidade. Mas é possível observar o sinal da atmosfera de um planeta e determinar quais grupos de moléculas são compatíveis com esse sinal.
Os pesquisadores descobriram que é provável que existam alguns aerossóis elevados na atmosfera. E sua composição não seria realmente surpreendente em outro planeta: principalmente metano, etano, hidrogênio e cianeto de hidrogênio. Mas lembre-se de que toda a razão desta atmosfera ser tão interessante é que o planeta deve ter perdido sua atmosfera no início de sua história – e todo o hidrogênio deveria ter desaparecido com ele.
Magma
No entanto, a equipe de pesquisa propõe uma solução potencial para esse dilema. No início da história do planeta, ele deve ter tido uma atmosfera rica em hidrogênio e uma superfície que era um oceano de magma. Estudos recentes sugeriram que uma grande quantidade de hidrogênio pode acabar armazenada no magma e, à medida que o planeta esfria, fica preso sob a crosta.
Mas provavelmente não ficou preso para sempre. Os astrônomos sugerem que o planeta deve ser quente em parte por causa da grande quantidade de radiação que capta de sua estrela muito próxima, mas também por causa das forças de maré exercidas pela gravidade da estrela em sua crosta. Isso deve ser suficiente para manter a crosta fina e elástica, permitindo vulcões em grande escala. Portanto, eles sugerem que a presente atmosfera pode ser formada e regenerada por atividade vulcânica, com magmas ricos em hidrogênio tendo sua composição característica.
Obviamente, isso não seria a coisa mais simples de confirmar, embora a chegada do Telescópio Espacial James Webb abrirá novas regiões do espectro para fornecer um exame independente da composição estimada da atmosfera. Mas o melhor teste seria simplesmente descobrir que esse tipo de atmosfera secundária aparece em outros exoplanetas. Dado o interesse em fotografar seus ambientes, podemos não esperar muito para esperar.
Arquivo ArXiv. Número abstrato: 2103.05657 (Sobre o arXiv) Para publicação no Astronomical Journal.