Nota de Imprensa

O elemento mais pesado detectado até à data na atmosfera de um exoplaneta

13 de Outubro de 2022

Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do ESO, os astrónomos descobriram o elemento mais pesado alguma vez encontrado na atmosfera de um exoplaneta — bário. Os investigadores ficaram surpreendidos ao descobrir bário na atmosfera superior de dois exoplanetas, WASP-76b e WASP-121b, gigantes gasosos ultra quentes que orbitam estrelas fora do nosso Sistema Solar. Esta descoberta inesperada levanta questões sobre a composição destas atmosferas exóticas.

“A parte confusa e contraintuitiva é: por que é que existe um elemento tão pesado nas camadas superiores da atmosfera destes planetas?”, diz Tomás Azevedo Silva, estudante de doutoramento da Universidade do Porto e do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), que liderou este estudo publicado hoje na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

WASP-76b e WASP-121b não são exoplanetas vulgares. São ambos conhecidos como Júpiteres ultra quentes, uma vez que são comparáveis em termos de tamanho a Júpiter, ao mesmo tempo que têm temperaturas de superfície extremamente elevadas, acima dos 1000ºC. Este facto deve-se à sua proximidade com as estrelas progenitoras, o que significa também que completam uma órbita em torno das estrelas em apenas um ou dois dias. Consequentemente, estes planetas apresentam características exóticas: por exemplo, em WASP-76b os astrónomos pensam que chova ferro.

Mas, ainda assim, os cientistas ficaram surpreendidos ao descobrir bário, que é duas vezes e meia mais pesado que o ferro, nas atmosferas superiores de ambos estes exoplanetas. “Dada a elevada gravidade dos planetas, esperaríamos que elementos pesados como o bário caíssem rapidamente nas camadas mais inferiores da atmosfera,” explica um dos co-autores deste trabalho, Olivier Demangeon, também investigador na Universidade do Porto e no IA.

“Tratou-se, de certo modo, de uma descoberta acidental”, disse Tomás Silva. “Não estávamos à espera de algo assim, nem estávamos tão pouco à procura de bário. Tivemos que confirmar que este resultado vinha efetivamente do planeta, uma vez que nunca tinha sido observado bário anteriormente em nenhum exoplaneta.”

O facto do bário ter sido detectado nas atmosferas de ambos estes Júpiteres ultra quentes sugere que este tipo de planetas pode ser ainda mais estranho do que o que pensávamos anteriormente. Apesar de observarmos bário ocasionalmente nos nossos céus, na forma dos verdes brilhantes de fogos de artifício, a questão para os cientistas é que processo natural poderá causar a existência deste elemento pesado a tão elevadas altitudes nestes exoplanetas. ”Até ao momento, não estamos certos de que mecanismos se possam tratar,” explica Demangeon.

No estudo de atmosferas de exoplanetas, objetos ultra quentes do tipo de Júpiter são muitíssimo úteis. Como explica Demangeon: “Sendo gasosas e quentes, as suas atmosferas são muito extensas e por isso mais fáceis de observar e estudar do que as de exoplanetas mais pequenos e mais frios.”

Determinar a composição da atmosfera de um exoplaneta requer equipamento muito especializado. A equipa utilizou o instrumento ESPRESSO montado no Very Large Telescope (VLT) do ESO, no Chile, para analisar a luz das estrelas filtrada pela atmosfera de WASP-76b e de WASP-121b. Deste modo foi possível detectar claramente vários elementos, entre eles bário.

Estes novos resultados mostram que ainda mal abordámos os mistérios dos exoplanetas. Com futuros instrumentos, tais como o espectrógrafo ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph), que será montado no futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, os astrónomos poderão estudar as atmosferas de exoplanetas, tanto grandes como pequenos, incluindo as de planetas rochosos semelhantes à Terra, com muito mais detalhe e juntar mais pistas sobre a natureza destes estranhos mundos.

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi apresentado num artigo científico intitulado “Detection of Barium in the atmospheres of ultra-hot gas giants WASP-76b & WASP-121b” publicado na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202244489).

A equipa é composta por T. Azevedo Silva (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Portugal [IA/UPorto, CAUP] e Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Portugal [FCUP]), O. D. S. Demangeon (IA/UPorto, CAUP e FCUP), N. C. Santos (IA/UPorto, CAUP e FCUP), R. Allart (Department of Physics, and Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Canadá e Observatoire astronomique de l’Université de Genève, Suíça [UNIGE]), F. Borsa (INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Itália) , E. Cristo (IA/UPorto, CAUP e FCUP), E. Esparza-Borges (Instituto de Astrofísica de Canarias, Espanha [IAC] e Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Espanha [IAC-ULL]) , J. V. Seidel (Observatório Europeu do Sul, Chile [ESO Chile]) , E. Palle (IAC) , S. G. Sousa (IA/UPorto), H. M. Tabernero (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Espanha [CSIC-INTA]), M. R. Zapatero Osorio (CSIC-INTA), S. Cristiani (INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste, Itália [INAF Trieste]), F. Pepe (UNIGE) , R. Rebolo (IAC e IAC-ULL) , V. Adibekyan (IA/UPorto e FCUP), Y. Alibert (Physikalisches Institut, Universidade de Berna, Suíça, S. C. C. Barros (IA/UPorto e FCUP), V. Bourrier (UNIGE) , P. Di Marcantonio (INAF Trieste), V. D’Odorico (INAF Trieste, Scuola Normale Superiore, Itália e Instituto de Física Fundamental do Universo, Trieste, Itália [IFPU]), D. Ehrenreich (UNIGE e Centre Vie dans l’Univers, Faculté des sciences de l’Université de Genève, Suíça), P. Figueira (UNIGE e IA/UPorto), J. I. González Hernández (IAC e Universidad de La Laguna, Departamento de Astrofísica, Espanha), C. J. A. P. Martins (IA/UPorto e CAUP), A. Mehner (ESO Chile) , G. Micela (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, Itália), P. Molaro (INAF Trieste e IFPU), D. Mounzer (UNIGE), N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa e Departamento de Física, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal), A. Sozzetti (INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Itália), A. Suárez Mascareño (IAC e IAC-ULL) e S. Udry (UNIGE).

O Observatório Europeu do Sul (ESO) ajuda cientistas de todo o mundo a descobrir os segredos do Universo, o que, consequentemente, beneficia toda a sociedade. No ESO concebemos, construimos e operamos observatórios terrestres de vanguarda — os quais são usados pelos astrónomos para investigar as maiores questões astronómicas da nossa época e levar ao público o fascínio da astronomia — e promovemos colaborações internacionais em astronomia. Estabelecido como uma organização intergovernamental em 1962, o ESO é hoje apoiado por 16 Estados Membros (Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça), para além do Chile, o país de acolhimento, e da Austrália como Parceiro Estratégico. A Sede do ESO e o seu centro de visitantes e planetário, o Supernova do ESO, situam-se perto de Munique, na Alemanha, enquanto o deserto chileno do Atacama, um lugar extraordinário com condições únicas para a observação dos céus, acolhe os nossos telescópios. O ESO mantém em funcionamento três observatórios: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como telescópios de rastreio, tal como o VISTA. Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo. Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infraestruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro. No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO. Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso2213, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.