Novas Observações do “Planeta Proibido” TOI-5205 b Revelam Detalhes Surpreendentes Sobre Sua Química Atmosférica

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Credito: Cain, Carnegie Science

Concepção artistita do "Planeta Proibido" TOI-5205 b. 

 

No dia 02/04, o portal Carnegie Science entre outras mídias internacionais noticiaram que novas observações do denominado "Planeta Proibido TOI-5205 b" revelaram detalhes surpreendentes sobre sua química atmosférica.

 

De acordo com o que foi noticiado pelo portal, observações do exoplaneta altamente incomum — às vezes chamado de “proibido” — TOI-5205 b, realizadas pelo JWST, sugerem que a atmosfera do gigante gasoso contém menos elementos pesados do que sua estrela hospedeira. Esses achados têm implicações para nossa compreensão do processo de formação de planetas gigantes, que ocorre nos estágios iniciais da vida de uma estrela.

 

Publicado esta semana pelo The Astronomical Journal, esses resultados representam o trabalho colaborativo de uma equipe internacional de astrônomos liderada por Caleb Cañas, do NASA Goddard Space Flight Center, e incluindo Shubham Kanodia, da Carnegie Science.

 

TOI-5205 b é um planeta do tamanho de Júpiter que orbita uma estrela aproximadamente quatro vezes maior que Júpiter e cerca de 40% da massa do Sol. Quando passa na frente de sua estrela hospedeira — um fenômeno que os astrônomos chamam de “trânsito” — o planeta bloqueia cerca de seis por cento da luz da estrela. Ao observar esse trânsito com instrumentos de telescópio chamados espectrógrafos, que dividem a luz em suas cores constituintes, os astrônomos podem tentar decifrar a composição da atmosfera do planeta e aprender mais sobre sua história e relação com a estrela hospedeira.

 

Crédito: Imagem cortesia de Katherine Cain, Carnegie Science.

Concepção artística do planeta gigante gasoso TOI-5205 b orbitando uma pequena estrela anã vermelha fria.

 

Os planetas nascem do disco giratório de gás e poeira que envolve uma estrela em sua juventude. Embora seja amplamente aceito que planetas gigantes se formam nesses discos de gás e poeira resultantes do nascimento da estrela hospedeira, a existência de planetas massivos como TOI-5205 b orbitando estrelas frias a distâncias próximas levanta muitas questões sobre esse processo.

 

Para esclarecer isso, Kanodia, Cañas e Jessica Libby-Roberts, da University of Tampa, estão liderando o maior programa de exoplanetas do Ciclo 2 do JWST, Red Dwarfs and the Seven Giants, projetado para estudar mundos improváveis como TOI-5205 b — às vezes chamados de GEMS (do inglês, giant exoplanets around M dwarf stars, ou planetas gigantes ao redor de estrelas anãs M).

 

Em 2023, Kanodia liderou o esforço que confirmou a existência de TOI-5205 b, com base em informações do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, que inicialmente o identificou como candidato a planeta. Agora, ele co-lidera a equipe que fez as primeiras observações da composição atmosférica do planeta.

 

As observações de três trânsitos de TOI-5205 b revelaram algo que os astrônomos não puderam explicar facilmente. Ficaram surpresos ao perceber que a atmosfera do planeta possui uma concentração menor de elementos pesados — em relação ao hidrogênio — do que um gigante gasoso do nosso Sistema Solar, como Júpiter. Ela apresenta até mesmo menor metalicidade do que a própria estrela hospedeira, tornando TOI-5205 b único entre todos os planetas gigantes estudados até hoje.

 

Além disso, embora menos surpreendente, os trânsitos revelaram a presença de metano (CH₄) e sulfeto de hidrogênio (H₂S) na atmosfera do planeta.

 

Para contextualizar os resultados, Simon Muller e Ravit Helled, da University of Zurich, aplicaram modelos sofisticados de interiores planetários para prever que a composição total de TOI-5205 b é cerca de 100 vezes mais rica em metais do que sua atmosfera, conforme medido pelos trânsitos.

 

“Observamos uma metalicidade muito menor do que nossos modelos previam para a composição total do planeta, que é calculada a partir das medidas de massa e raio do planeta. Isso sugere que seus elementos pesados migraram para o interior durante a formação e que agora seu interior e atmosfera não estão se misturando”, explicou Kanodia. “Em resumo, esses resultados indicam uma atmosfera planetária muito rica em carbono e pobre em oxigênio.”

 

A pesquisa faz parte do GEMS Survey, um programa dedicado a estudar planetas gigantes em trânsito ao redor de estrelas anãs M para entender sua formação, estrutura e atmosferas. O grupo de pesquisa inclui ainda os astrônomos da Carnegie Peter Gao, Johanna Teske e Nicole Wallack, além da ex-pesquisadora pós-doutoral Anjali Piette, atualmente professora na University of Birmingham.

 

Outros coautores incluem: Jacob Lustig-Yaeger, Erin May e Kevin Stevenson, do Applied Physics Laboratory da Johns Hopkins University; Shang-Min Tsai, do Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics; Dana Louie, da Catholic University; Giannina Guzmán Caloca, da University of Maryland; Kevin Hardegree-Ullman, do Caltech; Knicole Colón, do NASA Goddard Space Flight Center; Ian Czekala, da University of St. Andrews; Megan Delamer e Suvrath Mahadevan, da Penn State University; Andrea Lin e Te Han, da University of California Irvine; Joe Ninan, do Tata Institute of Fundamental Research; e Guðmundur Stefánsson, da University of Amsterdam.

 

Os pesquisadores trabalharam juntos para corrigir os efeitos das manchas estelares na estrela hospedeira de TOI-5205 b sobre os dados. Como a estrela possui muitas manchas, isso deixou uma marca nos dados — clareando alguns comprimentos de onda e mascarando possíveis sinais na atmosfera. Wallack e Kanodia estão agora validando esse método em um projeto mais recente do JWST no mesmo sistema planetário, o que será útil para futuras investigações deste e de outros planetas ao redor de estrelas ativas.

 

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