Estudar as atmosferas de exoplanetas

Recorrendo a dados obtidos pelo espectrógrafo ESPRESSO, uma equipa internacional, que inclui vários investigadores do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), conseguiu estudar e caracterizar com grande detalhe as atmosferas de três exoplanetas conhecidos. Os resultados fazem parte de uma série de três artigos, aceites para publicação na revista Astronomy & Astrophysics.

O ESPRESSO (Echelle SPectrogaph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations) é um espectrógrafo de alta resolução, instalado no observatório VLT (ESO). Foi construído com o objetivo de procurar e detetar planetas parecidos com a Terra, capazes de suportar vida. Para tal, consegue detetar variações de velocidade de cerca de 0,3 km/h. Tem ainda por objetivo testar a estabilidade das constantes fundamentais do Universo.

Instalados no Observatório do Paranal do ESO, o ESPRESSO alia a sua estabilidade única ao incrível poder coletor do Very Large Telescope (VLT), o que torna possível o estudo de atmosferas de exoplanetas com grande resolução espectral. Para Nuno Cardoso Santos (IA & Dep. de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto): “os resultados mostram que é possível, a partir do solo, usar o ESPRESSO para fazer medições semelhantes às que se conseguem com o telescópio espacial Hubble.”

Santos participou nos três artigos, sendo ainda primeiro autor de um deles, em que a equipa estudou a atmosfera do exoplaneta HD209458b, detetando a presença de óxido de titânio e sódio. “No entanto, os resultados mostram que existe algo que ainda não foi possível identificar. Serão precisas mais observações, ou modelos de atmosferas mais precisos, para podermos concluir”, acrescenta Santos.

Eduardo Cristo, investigador do IA e aluno de doutoramento na FCUP explica que: “A técnica irá agora ser aplicada a outros exoplanetas, a maioria pertencente ao GTO (Guaranteed Time Observations) do consórcio do ESPRESSO, com o objetivo de alargar o conhecimento que temos sobre atmosferas de exoplanetas, quais os mecanismos que estão presentes e determinar a sua composição.”

Noutro desses artigos, a equipa estudou o espectro de transmissão do júpiter ultra-quente WASP-121b, detetando na sua atmosfera elementos como sódio, hidrogénio, magnésio, cálcio, potássio e vestígios de lítio. A presença deste último elemento pode ajudar a entender melhor a história de formação de planetas.

Um “júpiter ultra quente” é um tipo de exoplaneta com massa semelhante à de Júpiter, mas que orbita extremamente próximo da sua estrela, com períodos inferiores a 3 dias (por comparação, Mercúrio demora 88 dias a completar uma órbita em torno do Sol) e temperaturas superiores a 2000º C.

O investigador do IA e da Universidade do Porto (UPorto) Sérgio Sousa, coautor dos três artigos, comenta: “O ESPRESSO pode até ter sido desenhado com a ideia de detetar planetas poucos massivos na busca de uma Terra 2.0, mas estes resultados vêm provar que é muito mais do que um simples detetor de planetas e permite também a caracterização das atmosferas de exoplanetas em trânsito.” 

Quem também participou nos três artigos foi Olivier Demangeon, investigador do IA e da UPorto, que comenta: “Estes artigos são um bom exemplo da abundância de informação que o ESPRESSO pode fornecer sobre as atmosferas dos exoplanetas, como a presença de água, mas também de outros átomos e moléculas que raramente vemos na atmosfera da Terra, tais como absorsores de calor como o óxido de Titânio”.

No último destes artigos, a equipa usou o ESPRESSO para estudar o exoplaneta WASP-127b e aplicar uma nova técnica, que permite distinguir se um planeta tem ou não nuvens, através da deteção de vapor de água. 

Para Alexandre Cabral (IA & Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa), co-autor destes artigos e responsável pela componente de instrumentação do ESPRESSO: “Estes resultados refletem não só a excelência da ciência como também o impacto da participação portuguesa, durante quase uma década, no desenho e construção do ESPRESSO. Estes resultados são agora uma das bases de trabalho para o desenvolvimento dos novos instrumentos, como o HIRES que será instalado no grande telescópio ELT de 40 m.”

A participação do IA no ESPRESSO faz parte de uma estratégia mais abrangente para promover a investigação em exoplanetas em Portugal, através da construção, desenvolvimento e definição científica de vários instrumentos e missões espaciais, como a missão CHEOPS (ESA), já em órbita. Esta estratégia irá continuar durante os próximos anos, com o lançamento do telescópio espacial PLATO (ESA), a recém aprovada missão Ariel (ESA) e a instalação do espectrógrafo HIRES no maior telescópio da próxima geração, oELT (ESO).

Legenda da imagem: Imagem artística da radiação estelar a passar através da atmosfera de um exoplaneta. Parte da radiação estelar é absorvida na atmosfera, por exemplo por moléculas de óxido de titânio ou sódio, enquanto outras partes são dispersas ou passam através da atmosfera praticamente sem interagir com ela. (Crédito: ESO/M. Kornmesser).

Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço

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