Mistérios dos Planetas "Algodão Doce" Desvendados

Esta ilustração mostra a estrela Kepler 51, semelhante ao Sol, e três planetas gigantes que o telescópio espacial Kepler da NASA descobriu em 2012-2014. Esses planetas têm aproximadamente o tamanho de Júpiter, mas uma pequena fração de sua massa. O campo estelar de fundo é plotado corretamente, como seria se olhássemos de volta para nosso Sol a uma distância de aproximadamente 2.600 anos-luz do Kepler 51, ao longo do braço espiral de Orion da nossa galáxia. No entanto, o Sol é fraco demais para ser visto nessa visão simulada a olho nu. Créditos: NASA, ESA e L. Hustak, J. Olmsted, D. Player e F. Summers (STScI)

"Super-Puffs" - exoplanetas "algodão doce" - é o apelido para uma classe única e rara de jovens exoplanetas que têm a densidade de algodão doce. Nada como eles existe em nosso sistema solar.
Novos dados do telescópio espacial Hubble forneceram as primeiras pistas para a química de dois desses planetas super inchados, localizados no sistema Kepler 51. Este sistema de exoplanetas, que na verdade possui três superpuffs orbitando uma jovem estrela parecida com o Sol, foi descoberto pelo telescópio espacial Kepler em 2012. No entanto, não foi até 2014 que 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 não mais do que várias vezes 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 aproximadamente cem vezes mais leves em termos de massa.
Como e por que suas atmosferas se expandiram para fora permanecem desconhecidos, mas esse recurso faz dos superpuffs alvos principais para investigação. Usando o Hubble, a equipe procurou evidências de componentes, principalmente água, nas atmosferas dos planetas, chamados Kepler-51b e 51d. Hubble observou os planetas quando eles passaram na frente de sua estrela, com o objetivo de observar 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 surpresa da equipe do Hubble, eles descobriram 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. "Tínhamos planejado observar grandes características de absorção de água, mas elas simplesmente não estavam lá. Ficamos decepcionados". 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.

Esta ilustração mostra os três planetas gigantes que orbitam a estrela Kepler 51, semelhante ao Sol, em comparação com alguns dos planetas do nosso sistema solar. Esses planetas têm aproximadamente o tamanho de Júpiter, mas uma fração muito pequena de sua massa. O telescópio espacial Kepler da NASA detectou as sombras desses planetas em 2012-2014, quando eles passaram na frente de sua estrela. Não há imagem direta. Portanto, as cores dos planetas Kepler 51 nesta ilustração são imaginárias. Créditos: NASA, ESA e L. Hustak e J. Olmsted (STScI)

Essas nuvens fornecem à equipe informações sobre como o Kepler-51b e 51d se comparam com outros planetas de baixa massa e ricos em gás fora do nosso 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 tempo, podem ser derivadas massas planetárias. 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 anteriores para Kepler-51b. No entanto, eles descobriram que o Kepler-51d era um pouco menos massivo (ou o planeta era ainda mais inchado) do que se pensava anteriormente.
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. Os 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-51b, 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-51d, 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 da evolução dos planetas", disse Zach Berta-Thompson, da Universidade do Colorado, em Boulder.
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 este telescópio poderá fornecer informações sobre o que esses planetas de algodão doce são realmente feitos. Até então, esses planetas permanecem um doce mistério.

Fonte: NASA