Hubble revela a taxa de rotação de um nebuloso Super-Júpiter

Esta é uma impressão artística de um exoplaneta com quatro vezes a massa de Júpiter que orbita a 8 bilhões de quilômetros de distância de uma anã marrom (o objeto avermelhado no plano de fundo). O exoplaneta está a ‘apenas’ 170 anos-luz de distância da Terra. O nosso Sol é uma estrela ao fundo. Créditos: NASA, ESA e G. Bacon/STScI

Astrônomos, através do Telescópio Espacial Hubble da NASA, mediram a taxa de rotação de um exoplaneta extremo, observando a variação no brilho da sua atmosfera. Esta é a primeira vez que se apura a velocidade de rotação de um exoplaneta massivo usando imagens diretas.

Daniel Apai, membro da Universidade do Arizona em Tucson, EUA, líder da pesquisa do Hubble, afirmou:

O resultado é muito emocionante. Dá-nos uma técnica única para estudar as atmosferas dos exoplanetas e para medir as velocidades de rotação.

O exoplaneta 2M1207b tem aproximadamente quatro vezes a massa de Júpiter e é apelidado de “Super-Júpiter”. É companheiro de uma estrela fracassada conhecida como anã marrom (em Portugal: anã castanha), orbitando o objeto a uma distância de 8 bilhões de quilômetros. Por comparação, Júpiter está a aproximadamente 800 milhões de quilômetros do Sol. A anã marrom chama-se 2M1207. O sistema em questão reside a 170 anos-luz da Terra.

Essa imagem composta mostra o primeiro exoplaneta descoberto a orbitar uma anã marrom (2M1207), no centro da imagem. O tênue exoplaneta companheiro orbita a uma distância equivalente a duas vezes o que Netuno dista do Sol. A imagem foi construída a partir de três exposições no infravermelho próximo (nas bandas H, K e L) com o dispositivo NACO de ótica adaptativa no telescópio de 8.2-m VLT Yepun no Monte Parana. Crédito: ESO

A estabilidade, o alto contraste e a alta-resolução das imagens do Hubble permitiram com que os astrônomos medissem com precisão o brilho do exoplaneta à medida que ele gira. Os pesquisadores atribuíram a variação no brilho aos complexos padrões das nuvens presentes na atmosfera do exoplaneta. As novas medições do Hubble não só verificam a existência destas nuvens, como também mostram que as camadas de nuvens são irregulares e incolores.

Os astrônomos observaram pela primeira vez este exoplaneta gigante há 10 anos com ajuda do telescópio Hubble. As observações revelaram que a atmosfera do exoplaneta é quente o suficiente para ter nuvens de “chuva” compostas por silicatos: rocha vaporizada que esfria para formar partículas minúsculas semelhantes às do fumo geradas pelos cigarros. Nas profundezas da atmosfera formam-se gotículas de ferro que caem como chuva, eventualmente evaporando-se à medida que entram nos níveis mais baixos da atmosfera.

Yifan Zhou da Universidade do Arizona, autor principal do artigo científico, comentou:

Assim, nas altitudes mais elevadas chove vidro e nas altitudes mais baixas chove ferro. As temperaturas atmosféricas variam 1.200 e os 1.400 graus Celsius.

O Super-Júpiter é tão quente que aparece mais brilhante no infravermelho. Os astrônomos usaram o dispositivo WFC3 (Wide Field Camera 3) para analisar o exoplaneta no infravermelho e assim explorar as nuvens do objeto e medir a sua velocidade de rotação. O exoplaneta é quente porque tem apenas 10 milhões de anos de idade e ainda está se contraindo e esfriando. Em comparação, Júpiter tem cerca de 4,5 bilhões de anos.

No entanto, o exoplaneta não irá manter estas temperaturas escorchantes. Ao longo dos próximos bilhões de anos, o objeto vai esfriar esvanecer dramaticamente. À medida que a sua temperatura diminui, o ferro e as nuvens de silicatos também vão se formar cada vez mais baixo na atmosfera até que, eventualmente, desaparecerão da vista.

Zhou e a sua equipa também determinaram que o Super-Júpiter completa uma rotação aproximadamente a cada 10 horas, girando mais ou menos à mesma taxa que Júpiter.

Este gráfico mostra mudanças no brilho infravermelho de 2M1207b, pelo Telescópio Espacial Hubble. Ao longo de 10 horas de observação, o exoplaneta mostrou variações no brilho, sugerindo a presença de nuvens que influenciam a quantidade de radiação infravermelha observada à medida que o exoplaneta gira. Créditos: NASA, ESA, Y. Zhou (Universidade do Arizona) e P. Jeffries (STScI)

Este Super-Júpiter é somente cinco a sete vezes menos massivo que a sua anã marrom companheira. Por outro lado, o nosso Sol é aproximadamente 1.000 vezes mais massivo que Júpiter. Assim, Zhou explicou:

Portanto, este é um bom indício de que o sistema 2M1207 que estudamos formou-se de maneira diferente do nosso próprio Sistema Solar.

Os planetas que orbitam o nosso Sol formaram-se dentro de um disco circumestelar através de acreção. Mas o Super-Júpiter e a sua companheira podem ter-se formado no colapso gravitacional de um par de discos separados.

Apai acrescentou:

O nosso estudo demonstra que o Hubble e o seu sucessor, o Telescópio Espacial James Webb da NASA (JWST), serão capazes de obter mapas de nuvens dos exoplanetas, com base na luz que recebemos deles.

De fato, este Super-Júpiter é um alvo ideal para o telescópio James Webb, um observatório espacial no infravermelho cujo lançamento está projetado para 2018. O JWST vai ajudar os astrônomos a melhor determinar a composição atmosférica do exoplaneta e a derivar mapas detalhados da variação de brilho com a nova técnica demonstrada com as observações do Hubble.

Os resultados deste estudo foram publicados no artigo intitulado “Discovery of Rotational Modulations in the Planetary-Mass Companion 2M1207b: Intermediate Rotation Period and Heterogeneous Clouds in a Low Gravity Atmosphere” em 11 de fevereiro de 2016 em The Astrophysical Journal.

Fonte

NASA: Hubble Directly Measures Rotation of Cloudy ‘Super-Jupiter’

Artigo Científico

The Astrophysical Journal: Discovery of Rotational Modulations in the Planetary-Mass Companion 2M1207b: Intermediate Rotation Period and Heterogeneous Clouds in a Low Gravity Atmosphere

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