Três artigos sobre o “júpiter quente” WASP-76 b, liderados por investigadores do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, serão a base para compreender o clima global de um exoplaneta gigante.

Nos últimos anos, o exoplaneta WASP-76 b foi exaustivamente estudado por investigadores do  Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA¹), que encontraram bário² e um possível efeito glória³ na sua atmosfera. Num artigo⁴ publicado hoje na revista Astronomy & Astrophysics, uma equipa internacional⁵, liderada pela investigadora do IA Ana Rita Costa Silva, descobriu mais provas de ventos de ferro na região de um ponto quente (“hot spot”) deste júpiter quente – uma parte da atmosfera altamente irradiada pela estrela, que acumula imenso calor.

Costa Silva, aluna de doutoramento no Dep. de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da UPorto e da Universidade de Genebra (Unige), comenta: “Nós estudámos o lado de dia do WASP-76 b, que tem uma temperatura de 2400 graus Celsius, com o espectrógrafo ESPRESSO⁶, montado no telescópio VLT do Observatório Europeu do Sul (ESO), e detetamos emissão de luz proveniente de átomos de ferro no lado diurno deste exoplaneta. Isto diz-nos que há ‘ventos de ferro’ nesta zona da atmosfera, com um movimento ascendente, das camadas mais interiores para as mais exteriores, provavelmente devidos à existência do hot spot”.

Para conseguir registar diretamente a luz proveniente do planeta foi essencial o uso de um telescópio de grandes dimensões como o VLT, pois na banda do ótico a luz da estrela domina os dados. Olivier Demangeon (IA & DFA-FCUP), coautor do artigo, realça que: “O ESPRESSO foi fundamental para estes estudos. Graças à sua precisão e estabilidade, conseguimos criar um modelo da emissão da luz da estrela, com exatidão suficiente para revelar o sinal do planeta escondido”. 

“Estas descobertas ajudam-nos a compreender a estrutura da atmosfera, tais como saber como é que a temperatura varia com a altitude, ou que substâncias químicas existem – e onde – na atmosfera deste exoplaneta”
Ana Rita Costa Silva

Ana Rita Costa Silva sublinha que: “se as incertezas nos dados fossem demasiado elevadas, provavelmente não conseguiríamos fazer esta afirmação”. Esta é apenas a segunda vez que se obtiveram espectros de alta resolução do lado diurno do WASP-76 b, e a primeira vez na banda do ótico.

Este trabalho foi inspirado por um resultado publicado em 2020 na revista Nature⁷, onde uma equipa internacional, com vários investigadores do IA, analisaram dados do ESPRESSO de outra região da atmosfera do WASP-76 b e sugeriram a existência de chuva de ferro.

Em outubro de 2022, outro estudo liderado pelo investigador do IA Tomás Azevedo Silva, encontrou bário na alta atmosfera do WASP-76 b, um elemento 2,5 vezes mais pesado que o ferro. “Dada a elevada gravidade dos planetas, esperaríamos que elementos pesados como o bário caíssem rapidamente nas camadas mais inferiores da atmosfera”, explica Olivier Demangeon (IA & DFA-FCUP), co-autor do artigo. E no passado mês de abril, Demangeon liderou uma equipa, que usou a missão espacial Cheops, da Agência Espacial Europeia (ESA), para observar um potencial indício de um “efeito glória” no WASP-76 b.

“Outras investigações detetaram ferro e ventos associados noutras partes do planeta, assim como outras substâncias químicas e mais informação acerca da dinâmica da atmosfera”, acrescenta Costa Silva. Ela está surpreendida por: “podermos montar o puzzle da composição atmosférica e dos padrões de um mundo a 634 anos-luz de nós! Estamos a descobrir o seu clima e a fornecer informações para a criação de modelos 3D da atmosfera deste exoplaneta”.

A estratégia do IA na área da deteção e caracterização de exoplanetas, atualmente em plena implementação com os espectrógrafos ESPRESSO E NIRPS e com a missão espacial Cheops (ESA), irá continuar no futuro próximo, com a próxima geração de instrumentos e missões espaciais com forte envolvimento do IA. Isto inclui as missões espaciais da ESA PLATO e ARIEL, com lançamentos previstos para 2026 e 2029, respetivamente, e com o espectrógrafo ANDES⁸ previsto entrar em funcionamento no início da década de 2030, quando for instalado no maior telescópio da próxima geração, o ELT (ESO).

Todos estes estudos estão a preparar a equipa do IA para os próximos grandes passos, onde instrumentos como o ANDES terão um papel fundamental. É expectável que o ANDES lhes permita a deteção de substâncias químicas nas atmosferas de planetas semelhantes à Terra, o que abre a porta à deteção de biomarcadores. “A nossa forte contribuição para o projeto ANDES, no qual a equipa do IA é responsável tanto pelos desenvolvimentos científicos como tecnológicos, irá garantir que estaremos na linha da frente de novas descobertas nesta área”, acrescenta Nuno Cardoso Santos (IA & DFA-FCUP) líder da equipa A detecção e caracterização de outras Terras e coautor do artigo.

Notas

1. O Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço é a instituição de referência na área em Portugal, integrando investigadores da Universidade de Lisboa, Universidade de Coimbra e Universidade do Porto, e englobando a maioria da produção científica nacional na área. Foi avaliado como “Excelente” na última avaliação de unidades de investigação e desenvolvimento organizada pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT). A atividade do IA é financiada por fundos nacionais e internacionais, incluindo pela FCT/MCES (UIDB/04434/2020 e UIDP/04434/2020).
2. O artigo“Detection of Barium in the atmospheres of ultra-hot gas giants WASP-76b & WASP-121b, And new detections of Co and Sr+ on WASP-121b”, foi publicado na revista journal Astronomy & Astrophysics, Vol.666, L10 (DOI: 10.1051/0004-6361/202244489).
3. O artigo “Asymmetry in the upper atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 b”, foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics, Vol.684, A27 (DOI: 10.1051/0004-6361/202348270).
4. O artigo“ESPRESSO reveals blueshifted neutral iron emission lines on the dayside of WASP-76 b”, foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics, Vol.689 (DOI: 10.1051/0004-6361/202449935).
5. A equipa é: A. R. Costa Silva, O. D. S. Demangeon, N. C. Santos, D. Ehrenreich, C. Lovis, H. Chakraborty, M. Lendl, F. Pepe, S. Cristiani, R. Rebolo, M. R. Zapatero-Osorio, V. Adibekyan, Y. Alibert, R. Allart, C. Allende Prieto, T. Azevedo Silva, F. Borsa, V. Bourrier, E. Cristo, P. Di Marcantonio, E. Esparza-Borges, P. Figueira, J. I. González Hernández, E. Herrero-Cisneros, G. Lo Curto, C. J. A. P. Martins, A. Mehner, N. J. Nunes, E. Palle, S. Pelletier, J. V. Seidel, A. M. Silva, S. G. Sousa, A. Sozzetti, M. Steiner, A. Suárez Mascareño e S. Udry
6. O ESPRESSO (Echelle SPectrogaph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations) é um espectrógrafo de alta resolução, instalado no observatório VLT (ESO). Foi construído com o objetivo de procurar e detetar planetas parecidos com a Terra, capazes de suportar vida. Para tal, consegue detetar variações de velocidade de cerca de 0,3 km/h. Tem ainda por objetivo testar a estabilidade das constantes fundamentais do Universo.
7. O artigo “Nightside condensation of iron in an ultra-hot giant exoplanet”, foi publicado na revista Nature, 580, p.597–601 (DOI: 10.1038/s41586-020-2107-1)
8. O ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph, ou espectrógrafo de Echelle de alta dispersão do Armazones) é um espectrógrafo, a ser instalado no ELT (em Cerro Armazones, deserto do Atacama, Chile). Irá observar, com grande precisão, objetos individuais no visível e no infravermelho, o que Irá permitir procurar indícios de vida através da análise da atmosfera de exoplanetas, estudar a evolução de galáxias e identificar a primeira geração de estrelas que se formaram no Universo primitivo, ou determinar se as constantes do Universo variam ao longo do tempo.

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Ana Rita Costa Silva, Olivier Demangeon, Nuno Cardoso Santos

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