Vastas nuvens de fuligem que se formam na panela de pressão dos misteriosos exoplanetas mini-Netuno podem conter a verdade sobre as origens desses mundos.
“É como se tivéssemos um motor diesel natural na atmosfera profunda de um planeta”, disse o principal autor de um estudo sobre esta pesquisa, Jeehyun Yang, da Universidade de Chicago, em um comunicado. declaração.
Yang fez seu doutorado. em engenharia química, estudando os escapamentos de motores de combustão antes de passar para o estudo da química de exoplaneta atmosferas. Os gases de escape dos motores diesel são preenchidos com fumaça preta composta de partículas em forma de favo de mel chamadas PAHs – hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. Os PAHs estão entre os compostos à base de carbono mais comuns no cosmos e são frequentemente produzidos sempre que queimamos algo. (Aquele carvão preto na sua torrada queimada? Também é feito de PAHs.)
Quando se trata de química, algumas atmosferas de exoplanetas são mais enigmáticas. Pegue o mini-Netuno – mundos na faixa de tamanho entre Terra e Netuno que são encontrados orbitando perto de seus estrela. Apesar de serem o tipo de exoplaneta mais comum encontrado até agora, o debate continua acirrado sobre a natureza destes mundos de tamanho médio. Serão versões em miniatura de gigantes gasosos ricos em hidrogénio como Júpiter? São versões literalmente menores de Netuno e Uranorico em voláteis como a água? Ou poderiam ser habitáveis mundos hyceanoscom uma densa atmosfera de hidrogênio escondendo um oceano global?
Ninguém sabe ao certo e as suas características podem ser suficientemente variadas para que todas as três possam ser aplicadas. O que se concorda, contudo, é que os mini-Neptunos não se formaram tão perto da sua estrela como são vistos agora; em vez disso, formaram-se mais longe antes de migrarem. Se pudéssemos responder a que distância se formaram, isso poderia dizer-nos que tipo de mundo provavelmente seriam.
Infelizmente, investigar a química das atmosferas destes mundos não ajuda muito, porque estas atmosferas parecem ser opacas, escondendo a verdadeira composição dos planetas. O consenso científico é que esta opacidade é causada por bancos nebulosos de nuvens que mascaram as atmosferas, mas que tipo de partículas de aerossol existem nas nuvens?
Quando Yang viu os espectros inexpressivos que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) estava produzindo sempre que olhava para um mini-Netuno, ele notava uma curva distinta nos dados que reconhecia instantaneamente como sendo semelhante à curva vista nos espectros de fuligem de um motor de combustão.
Os PAHs podem formar-se quando o carbono, o hidrogénio e o oxigénio reagem a altas temperaturas, muitas vezes combinadas com alta pressão, tal como nas condições profundas da atmosfera de alguns mini-Neptunos. Yang suspeita que as mesmas reações que ocorrem num motor de combustão podem estar a ocorrer naturalmente dentro de certos mini-Neptunos, produzindo PAHS que se amalgamam como nuvens de fuligem que depois sobem mais alto na atmosfera, talvez impulsionadas para cima por correntes de convecção térmica. O que veríamos então como uma atmosfera opaca seria, na verdade, nuvens de fuligem nebulosas que abrangem o planeta.
Embora a fuligem explique por que o JWST vê espectros sem características, também poderia ajudar a resolver um mistério muito mais profundo: de onde os mini-Netunos se formaram e migraram?
Os planetas formam-se em discos de gás e poeira cujas propriedades variam com a distância da sua estrela central. Pegue nosso sistema solar por exemplo. Materiais metálicos e de silicato mais pesados foram encontrados no disco mais próximo do Solenquanto gases mais leves e voláteis congelados, como gelo de água e gelo de dióxido de carbono, foram encontrados mais longe, e isso é replicado nos planetas internos sendo rochosos, Júpiter e Saturno sendo formado pelos gases leves hidrogênio e hélio, e Urano e Netuno sendo ricos em voláteis congelados.
Determinar a proporção de carbono para oxigênio na fuligem de um mini-Netuno poderia funcionar como uma medida de quão longe de sua estrela eles se formaram e, portanto, quais serão provavelmente suas propriedades em massa. Finalmente seríamos capazes de diferenciar os vários tipos possíveis de mini-Netunos. Poderá também fornecer pistas sobre a razão pela qual, apesar de ser um dos tipos de planeta mais comuns no galáxianão existem mini-Netunos em nosso sistema solar.
Se as descobertas de Yang, conduzidas com os seus colegas de Chicago, Eliza Kempton e Arjun Savel, forem precisas, então mostram como uma abordagem interdisciplinar pode fornecer novas respostas.
“Até onde eu sei, esta é a primeira vez que alguém aplica a engenharia química ao campo do estudo de exoplanetas”, disse Yang. “Acho que é um ótimo estudo de caso que mostra por que ter pessoas de diferentes origens pode nos ajudar a desvendar esses mistérios.”
Os resultados foram publicados em 18 de maio em As cartas do jornal astrofísico.
