Potássio é Detectado pela Primeira Vez em uma Atmosfera de Exoplaneta

Nesta ilustração, um "Júpiter quente" passa na frente de sua estrela hospedeira.

Uma equipe de astrônomos liderada pelo estudante de doutorado da AIP Engin Keles detectou o elemento químico potássio pela primeira vez na atmosfera de um exoplaneta, aplicando espectroscopia de alta resolução. O instrumento polarimétrico e espectroscópico de Potsdam Echelle (PEPSI, na sigla em inglês), no Grande Telescópio Binocular (LBT, na sigla em inglês) do Arizona, foi usado para estudar a atmosfera no exoplaneta HD 189733b do tipo Júpiter.
Desde as primeiras previsões teóricas, há 20 anos, era esperado que os elementos químicos potássio e sódio fossem detectáveis ​​em atmosferas de "Júpiteres quentes", planetas gasosos com temperaturas de alguns milhares de graus Celsius que orbitam perto de estrelas distantes. Enquanto o sódio foi detectado com observações de alta resolução já no início, o potássio não foi, o que criou um quebra-cabeça para a química e a física atmosféricas.
Os elementos podem ser descobertos analisando o espectro de luz da estrela hospedeira quando o planeta passa em frente a ela, visto da Terra. Diferentes elementos causam sinais de absorção específicos no espectro, linhas escuras, que sugerem a composição química da atmosfera.
No entanto, a presença de nuvens nas atmosferas quentes de planetas tipo Júpiter enfraquece fortemente qualquer recurso de absorção espectral e, portanto, dificulta sua detecção. Mesmo para o HD 189733b, o Júpiter quente mais bem estudado, até agora os cientistas possuíam apenas um conhecimento muito vago e impreciso da absorção de potássio.
O exoplaneta, situado a 64 anos-luz de distância e do tamanho de Júpiter, orbita sua estrela natal - uma gigante vermelha - em 53 horas e é 30 vezes mais próximo do que a Terra do Sol. Precisava da capacidade de captação de luz do LBT de 2 x 8,4 metros e da alta resolução espectral do PEPSI para medir definitivamente o potássio pela primeira vez em alta resolução nas camadas atmosféricas acima das nuvens.
Com essas novas medições, os pesquisadores agora podem comparar os sinais de absorção de potássio e sódio e, assim, aprender mais sobre processos como condensação ou fotoionização nessas atmosferas de exoplanetas.
A técnica aplicada para este estudo no LBT é denominada espectroscopia de transmissão. Exige que o exoplaneta transite na frente da estrela hospedeira. "Pegamos uma série temporal de espectros de luz durante o trânsito e comparamos a profundidade de absorção", diz o principal autor do estudo, Engin Keles.
"Durante o trânsito, detectamos a assinatura de potássio, que desapareceu antes e depois do trânsito como esperado, o que indica que a absorção é induzida pela atmosfera planetária".
As investigações de outras equipes já tentaram detectar potássio no mesmo exoplaneta; no entanto, nada foi encontrado ou o que foi encontrado foi muito fraco para ser estatisticamente significativo. Até então, não havia detecção significativa de potássio em observações de alta resolução para nenhum exoplaneta.
"Nossas observações claramente fizeram a descoberta" enfatiza o co-líder do projeto, Dr. Matthias Mallonn, que é apoiado pelo investigador principal do PEPSI, Prof. Klaus Strassmeier: "O PEPSI é adequado para esta tarefa devido à sua alta resolução espectral que permite coletar mais fótons por Pixel de linhas espectrais muito estreitas do que qualquer outra combinação telescópio-espectrógrafo".
"Tanto como espectrógrafo quanto espectropolarímetro, o PEPSI já fez contribuições significativas à física estelar", acrescenta Christian Veillet, diretor do Observatório LBT. "Essa forte detecção de potássio na atmosfera de um exoplaneta estabelece o PEPSI como uma ferramenta única para a caracterização de exoplanetas".

Fonte: Space Daily