Hubble examina misteriosos planetas tão densos quanto algodão-doce

Planetas no sistema Kepler 51 têm o tamanho de Júpiter, mas são cerca de cem vezes mais leves do que ele em termos de massa

A estrela Kepler 51, semelhante ao Sol, e três planetas gigantes descobertos em 2012-2014. Esses planetas têm aproximadamente o tamanho de Júpiter, mas uma pequena fração de sua massa. Isso significa que os planetas têm uma densidade extraordinariamente baixa, mais parecida com a do isopor, em vez de rocha ou água, com base nas novas observações do Hubble. Créditos: Nasa, ESA & L. Hustak, J. Olmsted, D. Player e F. Summers (STScI)

“Super-Puffs” (algo como “Superfofos”) seria a marca de um novo cereal matinal? Nada disso: é o apelido dado a uma classe única e rara de jovens exoplanetas que têm a densidade de algodão-doce. O Sistema Solar não tem nada parecido com eles.

Dados do Telescópio Espacial Hubble, da Nasa e da ESA, forneceram as primeiras pistas para a química de dois desses planetas superinchados, situados no sistema Kepler 51. Esse sistema de exoplanetas, que na verdade possui três superpuffs orbitando uma jovem estrela parecida com o Sol, foi descoberto pelo Telescópio Espacial Kepler, da Nasa, em 2012. Mas só em 2014 as baixas densidades desses planetas foram determinadas, para surpresa de muitos.

As recentes observações do Hubble permitiram a uma equipe de astrônomos refinar as estimativas de massa e tamanho desses mundos – confirmando independentemente sua natureza “inchada”. Embora sua massa seja “apenas” várias vezes maior que a massa da Terra, suas atmosferas de hidrogênio/hélio são tão inchadas que são quase do tamanho de Júpiter. Em outras palavras, esses planetas podem parecer tão grandes e volumosos quanto Júpiter, mas são cerca de cem vezes mais leves em termos de massa.

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Busca de água

Como e por que suas atmosferas se expandem para fora permanecem desconhecidos, mas esse recurso faz dos superpuffs alvos primários para a investigação científica. Usando o Hubble, a equipe procurou evidências de componentes, principalmente água, nas atmosferas dos planetas, chamados Kepler-51b e 51d. O Hubble observou os planetas quando eles passaram na frente de sua estrela, com o objetivo de analisar a cor infravermelha de seu pôr do sol. Os astrônomos deduziram a quantidade de luz absorvida pela atmosfera na luz infravermelha. Esse tipo de observação permite que os cientistas procurem os sinais reveladores dos constituintes químicos dos planetas, como a água.

Para sua surpresa, a equipe descobriu que os espectros dos dois planetas não tinham assinaturas químicas reveladoras. Eles atribuem esse resultado a nuvens de partículas altas em suas atmosferas.

“Isso foi completamente inesperado”, disse Jessica Libby-Roberts, da Universidade do Colorado, em Boulder (EUA). “Havíamos planejado observar grandes recursos de absorção de água, mas eles simplesmente não estavam lá. Estavam nublados!” No entanto, ao contrário das nuvens de água da Terra, as nuvens desses planetas podem ser compostas por cristais de sal ou neblinas fotoquímicas, como as encontradas na maior lua de Saturno, Titã.

Comparações

Essas nuvens fornecem à equipe informações sobre como Kepler-51b e 51d se comparam com outros planetas de baixa massa e ricos em gás fora do Sistema Solar. Ao comparar os espectros planos dos superpuffs com os de outros planetas, a equipe foi capaz de apoiar a hipótese de que a formação de nuvens/neblina está ligada à temperatura de um planeta – quanto mais frio é um planeta, mais nublado ele se torna.

A equipe também explorou a possibilidade de que esses planetas não fossem realmente superpuffs. A atração gravitacional entre os planetas cria pequenas mudanças em seus períodos orbitais e, a partir desses efeitos de temporização, as massas planetárias podem ser derivadas.

Ao combinar as variações no tempo em que um planeta passa na frente de sua estrela (um evento chamado trânsito) com os trânsitos observados pelo telescópio espacial Kepler, a equipe restringiu melhor as massas planetárias e a dinâmica do sistema. Seus resultados concordaram com os medidos anteriormente para Kepler-51 b. No entanto, eles descobriram que o Kepler-51 d era um pouco menos massivo (ou o planeta era ainda mais inchado) do que se pensava anteriormente.

Sistema novo

No final, a equipe concluiu que as baixas densidades desses planetas são em parte uma consequência da tenra idade do sistema, com apenas 500 milhões de anos, em comparação com o Sol, com 4,6 bilhões de anos. Modelos sugerem esses planetas formados fora da “linha de neve” da estrela, a região de possíveis órbitas onde os materiais gelados podem sobreviver. Os planetas então migraram para dentro, como uma série de vagões.

Agora, com os planetas muito mais próximos da estrela, suas atmosferas de baixa densidade devem evaporar no espaço nos próximos bilhões de anos. Usando modelos de evolução planetária, a equipe conseguiu mostrar que o Kepler-51 b, o planeta mais próximo da estrela, um dia (em um bilhão de anos) parecerá uma versão menor e mais quente de Netuno, um tipo de planeta que é razoavelmente comum em toda a Via Láctea. No entanto, parece que o Kepler-51 d, que está mais distante da estrela, continuará sendo um planeta estranho de baixa densidade, apesar de encolher e perder uma pequena quantidade de atmosfera. “Este sistema oferece um laboratório único para testar teorias sobre a evolução do planeta”, disse Zach Berta-Thompson, da Universidade do Colorado, em Boulder.

A boa notícia é que nem tudo está perdido para determinar a composição atmosférica desses dois planetas. O próximo Telescópio Espacial James Webb, da Nasa, com sua sensibilidade a comprimentos de onda infravermelhos mais longos, pode ser capaz de espiar através das camadas de nuvens. Observações futuras com esse telescópio podem fornecer informações sobre o que esses planetas de algodão doce são realmente feitos. Até então, esses planetas permanecem um doce mistério.

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