A ilustração deste artista mostra uma gigantesca nuvem de hidrogênio saindo de um planeta aquecido, do tamanho de Netuno, a apenas 97 anos-luz da Terra. O exoplaneta é minúsculo se comparado à sua estrela, uma anã vermelha chamada GJ 3470. A radiação intensa da estrela está aquecendo o hidrogênio na atmosfera superior do planeta até um ponto em que ele escapa para o espaço. O mundo alienígena está perdendo hidrogênio a uma taxa 100 vezes mais rápida do que um Neptuno quente anteriormente observado cuja atmosfera também está evaporando. Crédito: NASA, ESA e D. Player (STScI)
A velocidade e a distância em que os planetas orbitam suas respectivas estrelas podem determinar o destino de cada planeta - se o planeta permanece uma parte antiga de seu sistema solar ou se evapora no cemitério escuro do universo mais rapidamente.
Em sua busca para aprender mais sobre planetas distantes além do nosso próprio sistema solar, astrônomos descobriram que um planeta de tamanho médio aproximadamente do tamanho de Netuno, GJ 3470b, está evaporando a uma taxa 100 vezes mais rápida que um planeta de tamanho similar descoberto anteriormente. GJ 436b.
As descobertas, publicadas hoje na revista Astronomy & Astrophysics , promovem o conhecimento dos astrônomos sobre como os planetas evoluem.
"Esta é a arma fumegante que os planetas podem perder uma fração significativa de toda a sua massa. GJ 3470b está perdendo mais de sua massa do que qualquer outro planeta que vimos até agora; em apenas alguns bilhões de anos a metade do planeta pode ser ido embora ", disse David Sing, Bloomberg Distinguished Professor da Johns Hopkins e um dos autores do estudo.
O estudo faz parte do programa Panchromatic Comparative Exoplanet Treasury (PanCET), liderado por Sing, que visa medir as atmosferas de 20 exoplanetas em luz ultravioleta, óptica e infravermelha , enquanto orbitam suas estrelas. O PanCET é o maior programa de observação de exoplanetas a ser executado com o Telescópio Espacial Hubble da NASA.
Uma questão em particular de interesse para os astrônomos é como os planetas perdem sua massa através da evaporação. Planetas como "super" Terras e Júpiteres "quentes" orbitam mais perto de suas estrelas e são, portanto, mais quentes, fazendo com que a camada mais externa de suas atmosferas seja levada pela evaporação.
Este gráfico representa os exoplanetas com base em seu tamanho e distância de sua estrela. Cada ponto representa um exoplaneta. Planetas do tamanho de Júpiter (localizados no topo do gráfico) e planetas do tamanho da Terra e das chamadas super-Terras (na parte inferior) são encontrados próximos e distantes de suas estrelas. Mas planetas do tamanho de Netuno (no meio da trama) são escassos perto de sua estrela. Este assim chamado deserto de Neptunes mostra que esses mundos alienígenas são raros, ou eram abundantes de uma só vez, mas desde então desapareceram. A detecção de que o GJ 3470b, um cálido Netuno na fronteira do deserto, está rapidamente perdendo sua atmosfera, sugere que os Neptunes mais quentes podem ter erodido em super-Terras menores e rochosas. Crédito: NASA, ESA e A. Feild (STScI)
Embora esses exoplanetas maiores do tamanho de Júpiter e do tamanho da Terra sejam abundantes, os exoplanetas médios do tamanho de Netuno (aproximadamente quatro vezes maiores que a Terra) são raros. Pesquisadores levantam a hipótese de que esses Neptunes são despojados de suas atmosferas e, finalmente, se tornam planetas menores. É difícil, no entanto, testemunhá-los ativamente, porque eles só podem ser estudados à luz ultravioleta, o que limita os pesquisadores a examinar estrelas próximas a não mais do que 150 anos-luz de distância da Terra, não obscurecidas por material interestelar. GJ 3470b está a 96 anos-luz de distância e circula uma estrela anã vermelha na direção geral da constelação de Câncer.
Neste estudo, o Hubble descobriu que o exoplaneta GJ 3470b havia perdido significativamente mais massa e tinha uma exosfera visivelmente menor do que o primeiro exoplaneta do tamanho de Netuno estudado, GJ 436b, devido à sua menor densidade e ao recebimento de uma forte explosão de radiação de sua estrela hospedeira .
A menor densidade do GJ 3470b faz com que seja incapaz de se agarrar gravitacionalmente à atmosfera aquecida, e enquanto a estrela que hospeda o GJ 436b tinha entre 4 bilhões e 8 bilhões de anos, a estrela hospedeira GJ 3470b tem apenas 2 bilhões de anos; uma estrela mais jovem é mais ativa e poderosa e, portanto, tem mais radiação para aquecer a atmosfera do planeta.
A equipe de Sing estima que a GJ 3470b pode ter perdido até 35% de sua massa total e, em alguns bilhões de anos, todo o seu gás pode ser retirado, deixando para trás apenas um núcleo rochoso.
"Estamos começando a entender melhor como os planetas são moldados e quais propriedades influenciam sua composição geral", disse Sing. "Nosso objetivo com este estudo e o abrangente programa PanCET é dar uma olhada ampla nas atmosferas desses planetas para determinar como cada planeta é afetado pelo seu próprio ambiente. Ao comparar diferentes planetas, podemos começar a juntar o quadro maior em como eles evoluir."
Olhando para o futuro, Sing e a equipe esperam estudar mais exoplanetas procurando por hélio na luz infravermelha, o que permitirá um maior alcance de pesquisa do que a busca por hidrogênio na luz UV.
Atualmente, os planetas, que são feitos em grande parte de hidrogênio e hélio, só podem ser estudados através do rastreamento de hidrogênio em luz UV. Usando o Hubble, o próximo Telescópio Espacial James Webb da NASA (que terá uma maior sensibilidade ao hélio), e um novo instrumento chamado Carmenes que Sing descobriu recentemente pode rastrear com precisão a trajetória dos átomos de hélio, os astrônomos poderão ampliar sua busca por distâncias planetas.
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