Desvendando os segredos do “quente Saturno” e sua estrela salpicada

Astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb para estudar a atmosfera galáctica Exoplaneta HAT-P-18 b, encontra vapor d'água e dióxido de carbono com ênfase na influência das propriedades da estrela hospedeira na análise de dados.

Liderada por pesquisadores do Instituto Trottier de Pesquisa de Exoplanetas (iREx) da Universidade de Montreal, uma equipe de astrônomos aproveitou o poder do revolucionário Telescópio Espacial James Webb (JWST) para estudar “planetas quentes”. Saturno“Exoplaneta HAT-P-18 b.

Suas descobertas foram publicadas no mês passado na revista Avisos mensais da Royal Astronomical Societydesenhe uma imagem completa da atmosfera do HAT-P-18 b enquanto explora o grande desafio de distinguir os sinais atmosféricos da atividade da sua estrela.

HAT-P-18 b está localizado a mais de 500 anos-luz de distância, com uma massa semelhante à de Saturno, mas um tamanho mais próximo do planeta maior. Júpiter. Como resultado, o exoplaneta tem uma atmosfera “inchada” que é particularmente ideal para análise.

Representação artística do exoplaneta “quente Saturno”, HAT-P-18 b. Crédito: NASA/Eyes on Exoplanets

Passando por uma estrela manchada

As observações foram feitas pelo Telescópio Espacial James Webb enquanto o HAT-P-18 b passava na frente de sua estrela semelhante ao Sol. Este momento é chamado de trânsito e é essencial para detectar e caracterizar um exoplaneta a centenas de anos-luz de distância com incrível precisão.

Os astrônomos não observam diretamente a luz emitida pelo planeta distante. Em vez disso, estudam como a luz da estrela central é bloqueada e afetada pelo planeta que a orbita, e por isso devem tentar separar os sinais resultantes da presença do planeta daqueles resultantes das propriedades da própria estrela.

A curva de luz mostra o brilho ou brilho de uma estrela ao longo do tempo. Quando um exoplaneta passa sobre a estrela, conhecido como trânsito, parte da luz da estrela é bloqueada pelo exoplaneta. Como resultado, a luminosidade da estrela diminui. Quando uma mancha estelar oculta a superfície da estrela, ou quando um exoplaneta passa sobre a mancha escura, os astrônomos podem ver um sinal na curva de luz na forma de uma pequena protuberância na parte inferior da curva de luz que passa. Assista a animação completa deste gráfico abaixo. Fonte: B. Gougeon/Universidade de Montreal

Assim como o nosso Sol, as estrelas não têm superfícies uniformes. Pode conter manchas estelares escuras e regiões brilhantes, que podem gerar sinais que imitam características da atmosfera do planeta. Um estudo recente do exoplaneta TRAPPIST-1 b e da sua estrela TRAPPIST-1, liderado pela estudante de doutoramento da UdeM, Olivia Lim, testemunhou uma explosão, ou erupção, na superfície da estrela, afetando as observações.

No caso do HAT-P-18 b, Webb conseguiu capturar o exoplaneta enquanto este passava por uma mancha escura na sua estrela HAT-P-18. Isto é chamado de evento cruzado localizado e seu efeito ficou evidente nos dados coletados para o novo estudo. A equipe iREx também relatou a presença de várias outras manchas estelares na superfície do HAT-P-18 que não foram obscurecidas pelo exoplaneta.

Para determinar com precisão a composição atmosférica do exoplaneta, os investigadores tiveram que modelar simultaneamente a atmosfera do planeta, bem como as propriedades da sua estrela. Eles salientam no seu estudo que tal consideração será crucial na abordagem de futuras observações do exoplaneta Webb para aproveitar plenamente o seu potencial.

“Descobrimos que contabilizar a contaminação estelar significa manchas e nuvens em vez de neblina e recupera a abundância de vapor de água a uma taxa aproximadamente mais baixa,” disse a autora principal Marilou Fournier-Tondreau.

“Portanto, olhar para a estrela hospedeira do sistema faz uma grande diferença”, acrescentou Fournier Tondreau, que fez este trabalho como aluno de mestrado na iREx e agora está fazendo doutorado. No Universidade de Oxford.

“Esta é na verdade a primeira vez que separamos claramente a névoa das manchas estelares, graças ao instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Non-Slit Spectrograph) no Canadá, que fornece uma cobertura de comprimento de onda mais ampla que se estende até a faixa de luz visível.”

Água, dióxido de carbono e nuvens em uma atmosfera ardente

Depois de modelar o exoplaneta e a estrela no sistema HAT-P-18, os astrônomos do iREx realizaram uma microdissecção da composição da atmosfera do HAT-P-18 b. Ao examinar a luz que é filtrada pela atmosfera do exoplaneta à medida que este passa pela sua estrela hospedeira, os investigadores detectaram a presença de vapor de água (H2O) e dióxido de carbono (CO2).

Os investigadores também exploraram a possível presença de sódio e observaram fortes sinais de uma superfície de nuvem na atmosfera do HAT-P-18 b, que parece silenciar os sinais de muitas moléculas dentro dele. Eles também concluíram que a superfície da estrela estava coberta por muitas manchas escuras que poderiam afetar significativamente a interpretação dos dados.

Uma análise anterior dos mesmos dados do Telescópio Espacial James Webb liderada por uma equipe da Universidade Johns Hopkins também revelou a detecção clara de água e dióxido de carbono, mas também relatou a detecção de pequenas partículas de alta altitude chamadas aerossóis e encontrou indícios de metano (CH4 ). Os astrônomos do iREx pintam um quadro diferente.

A descoberta do CH4 não foi confirmada e a abundância da água identificada foi dez vezes menor do que a detectada anteriormente. Eles também descobriram que a descoberta da neblina no estudo anterior poderia ser causada por manchas estelares na superfície da estrela, destacando a importância de levar a estrela em consideração na análise.

Um exoplaneta pode sustentar vida? Improvável. Embora moléculas como água, dióxido de carbono e metano possam ser interpretadas como bioassinaturas, ou sinais de vida, em certas proporções ou em combinação com outras moléculas, as temperaturas escaldantes do HAT-P-18 b estão próximas de 600 graus. Celsius Não é um bom presságio para a habitabilidade do planeta.

Observações futuras de outro instrumento do Telescópio Espacial James Webb, o Espectrômetro de Infravermelho Próximo (NIRSpec), prometem ajudar a melhorar as descobertas da equipe, como a descoberta do dióxido de carbono, e lançar mais luz sobre as complexidades deste exoplaneta quente de Saturno. .

Referência: “Espectroscopia de transmissão no infravermelho próximo de HAT-P-18 b com NIRISS: desconstruindo características planetárias e estelares na era JWST” por Marilou Fournier Tondreau, Ryan J. MacDonald, Michael Radica, David Lafrenière, Louis Wilbanks, Carolyn Piolette, Louis Philippe Coulombe, Romain Allart, Kim Morel, Etienne Artigao, Loic Albert, Olivia Lim, Rene Doyon, Björn Beneke, Jason F. Roux, Antoine Darvaux-Bernier, Nicholas B. Cowan, Nicole K. Lewis, Neil James Cook, Laura Flagg, Frédéric Genest, Stephane Pelletier, Doug Johnston, Lisa Dang, Lisa Kaltenegger, Jake Taylor e Jake D. Turner, 9 de dezembro de 2023, Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
doi: 10.1093/manras/stad3813