Atmosfera de GJ1214b Rica em Água ?

Observações dos trânsitos do planeta GJ1214b (Gliese-Jahreiß 1214b) realizados com o telescópio espacial Spitzer, com o VLT e com o observatório do projecto MEarth, implicam que a sua atmosfera deve conter uma percentagem elevada (mais de 30% em volume) de elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio. A maior parte deste material deverá ser constituído por vapor de água. Estas são as conclusões de uma equipa de astrofísicos liderada por Jean-Michel Désert e na qual se inclui David Charbonneau, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, o líder da equipa que descobriu o planeta em 2009.

Devido ao pequeno tamanho das Super-Terras, a detecção de trânsitos a partir da superfície terrestre só é possível se as estrelas hospedeiras forem relativamente pequenas. Este facto aumenta a profundidade do trânsito como podem ver na figura que se segue, facilitando a detecção.

Ciente desta oportunidade o astrofísico David Chabonneau e a sua equipa puseram em marcha projecto MEarth com o objectivo de detectar Super-Terras em trânsito em anãs vermelhas na vizinhança do sistema solar. O projecto conta com um observatório automatizado no Arizona para observar todas as noites disponíveis dezenas de anãs vermelhas.

A descoberta de um planeta em torno de GJ1214, uma anã vermelha com apenas 15% da massa do Sol, situada a 40 anos-luz, na direcção da constelação do Ofíuco, foi anunciada num artigo na conceituada revista Nature em 17 de Dezembro de 2009. De facto, esta foi apenas a segunda Super-Terra descoberta por trânsitos, depois do famoso CoRoT-7b. GJ1214b tem 2.7 vezes o raio da Terra e 6.6 vezes a sua massa, resultando numa densidade média de 1.9 g/cm3. A determinação da densidade média de um planeta permite à partida estabelecer algumas considerações sobre a sua composição e estrutura interna. Infelizmente, existem várias modelos planetários consistentes com a densidade observada. No artigo original, os autores adiantaram a hipótese de se tratar de um “planeta de água” (“water world”) designação dada a uma classe de hipotéticos planetas constituídos maioritariamente por água (nos três estados, consoante as condições de temperatura e pressão locais). A estrutura interna de um tal planeta está representada na seguinte figura.

Num artigo posterior publicado no Astrophysical Journal, Leslie Rogers e Sara Seager identificaram três cenários possíveis para o GJ1214b: um mini-Neptuno formado por um núcleo de rocha e gelos e uma atmosfera primordial (formada por gases capturados do disco protoplanetário) de hidrogénio e hélio com pequenas quantidades de outros gases; um planeta rochoso com uma atmosfera não primordial rica em hidrogénio, resultante da libertação contínua de gases do seu interior, e; um “planeta de água”, formado por um núcleo de metal, rocha e gelo, e com uma atmosfera dominada por gelos sublimados (e.g. vapor de água, dióxido de carbono) e pequenas quantidades de hidrogénio e hélio.

A determinação de qual dos cenários acima descritos corresponde à composição e estrutura interna do GJ1214b poderia teoricamente ser feita através de observações cuidadosas dos trânsitos em diferentes comprimentos de onda o que permite deduzir algumas das propriedades da sua atmosfera. Com esse intuito, dois co-autores de Jean-Michel Désert, Jacob Bean e Eliza Miller-Ricci Kempton, realizaram observações dos trânsitos com o VLT no infravermelho próximo. Os resultados, publicados na revista Nature em Dezembro de 2010, excluem claramente modelos planetários para GJ1214b em que a atmosfera é dominada por hidrogénio e sem nuvens. Dito de outra forma, para que uma atmosfera maioritariamente composta por hidrogénio fosse compatível com os dados, teriam de existir nuvens ou névoas em altitude capazes de camuflar o sinal espectral das camadas subjacentes ricas em hidrogénio. O novo estudo da equipa de Jean-Michel Désert combina os dados do VLT com dados obtidos com o observatório do projecto MEarth (na região do vermelho, espectro visível) e com o Spitzer (no infravermelho, 3.6 e 4.5 micrómetros). Considerados no seu conjunto, os novos dados não só reforçam as conclusões do artigo de Bean e Miller-Ricci mas também apontam no sentido do planeta ter uma atmosfera em que a água é a componente dominante, combinada com hidrogénio, hélio e outros gases menos representativos. Segundo os autores os dois últimos cenários definidos no artigo de Rogers e Seager parecem assim os mais plausíveis. GJ1214b poderá ser um “planeta de água” formado longe da estrela hospedeira tendo migrado para a sua órbita actual. Alternativamente, poderá ser um planeta do tipo terrestre maciço, formado in loco com uma atmosfera rica em água, proveniente maioritariamente da contaminação por meteoritos e cometas, e hidrogénio e hélio libertados do seu interior durante a sua formação e evolução.

Mas isto não fica por aqui…

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