Como os astrônomos juntam superfícies de mundos alienígenas invisíveis
De planetas infernalmente quentes a mundos aquáticos, alguns planetas distantes são como nada em nosso Sistema Solar.
(Crédito: torriphoto via Adobe Stock)
Principais conclusões- Os planetas são muito difíceis de observar porque são sobrecarregados pela luz de sua estrela hospedeira.
- Ainda assim, os astrônomos podem descobrir como são os planetas extra-solares rochosos, mesmo sem vê-los diretamente.
- Alguns planetas distantes são diferentes de tudo o que vemos em nosso Sistema Solar – mundos verdadeiramente alienígenas.
O Universo está cheio de planetas. Até agora, os astrônomos confirmaram mais de 4.500 mundos, sendo mais de 1.500 deles planetas terrestres rochosos. Dentro do nosso Sistema Solar, os planetas rochosos – Mercúrio, Vênus, Terra e Marte – são bem diferentes uns dos outros. Mas uma vez que você começa a olhar para sistemas em torno de outras estrelas, a diversidade que vemos em nosso Sistema Solar é deixada na poeira. Esses mundos distantes podem ser incrivelmente bizarros, diferentes de tudo que imaginamos. Algumas são super-terras, outras são rochas de chuva. Alguns têm ventos que atingem milhares de quilômetros por hora, e outros são feitos de diamante.
Mas como os astrônomos conhecer como são esses mundos? Aproveitando o brilho de sua estrela-mãe, esses planetas são quase invisíveis. Os cientistas só podem determinar a existência desses planetas observando sua estrela-mãe; talvez ele oscile um pouco sob a atração gravitacional do planeta, ou talvez a luz diminua à medida que o planeta passa na frente dele. Mas vendo esses planetas diretamente? Improvável. No entanto, os astrônomos têm alguns truques na manga que lhes permitem deduzir as propriedades desses mundos alienígenas.
Existe um modelo para isso
Só porque você não pode ver algo não significa que você não pode prever suas características. Os astrônomos podem fazer suposições sobre as propriedades de um planeta para desenvolver um modelo detalhado.
Foi isso que o estudante de pós-graduação Tue Giang Nguyen, da Universidade de York, fez com seus colegas. O planeta que eles estavam olhando, K2-141b, estava orbitando ridiculamente perto de sua estrela-mãe, localizada a cerca de 200 anos-luz do nosso Sistema Solar. Para imaginar como era este mundo, eles fizeram algumas suposições importantes.
Primeiro, eles assumiram que o planeta estava travado por maré à sua estrela. Isso parecia uma suposição razoável, considerando que o planeta completa uma revolução completa em torno de sua estrela em apenas 7 horas. A gravidade da estrela é forte o suficiente para transformar as características físicas do planeta e o lado que enfrenta a estrela se torna mais denso que o outro lado, disse Nguyen Grande Pensamento . Essa distribuição desigual de massa, com o tempo, forçará o planeta a girar de tal forma que um lado sempre estará voltado para a estrela. Isso significa que um lado do planeta está trancado em um eterno dia sufocante, enquanto o outro lado está em uma noite contínua.
Nguyen e sua equipe desenvolveram um modelo unidimensional que levava em conta como massa, momento e energia fluiriam do lado quente do dia para o lado frio da noite. O que eles encontraram pintou uma imagem de um planeta infernal. No lado do dia, as temperaturas chegaram a 3.000 graus Celsius - quente o suficiente não apenas para derreter rochas, mas para vaporizar isto.
Os ventos trariam essas rochas vaporizadas para o lado noturno, onde se condensariam como uma chuva de seixos. Essas rochas pousariam no oceano de magma, onde fluiriam de volta para o lado diurno, apenas para evaporar mais uma vez. Em vez de um ciclo da água, como você vê na Terra, você veria um ciclo das rochas.
Comparação da NASA de exoplanetas. ( Crédito : NASA/Ames/JPL-Caltech)
Um dia, poderemos observar este planeta com o JWST ou talvez até com o Hubble. À medida que este planeta passa na frente de sua estrela, uma pequena quantidade de luz estelar será filtrada pela atmosfera, deixando linhas de assinatura no espectro da estrela. Ou, inversamente, quando o planeta passa por trás da estrela, a luz da estrela será filtrada pela atmosfera, refletida na superfície do planeta e, em seguida, passará pela atmosfera novamente a caminho de nós. Pudemos então observar as mudanças que ele faz nos espectros da estrela. Então, poderemos confirmar algumas previsões sobre a atmosfera de K2-141b.
Planetas poluindo suas estrelas
Keith Putirka, geólogo da California State University em Fresno, esteve na Conferência anual Goldschmidt sobre geoquímica. Putirka estava apresentando resultados, feitos com seu aluno, prevendo que tipos de planetas orbitavam as estrelas. Eles fizeram algumas suposições simples de que os planetas eram semelhantes à sua estrela hospedeira em composição, menos elementos voláteis como hidrogênio, hélio e outros gases nobres. Enquanto estava perto de seu pôster, Siyi Xu vagou. Xu, um astrônomo de Gêmeos, perguntou se ele já tinha ouvido falar de anãs brancas poluídas.
Quando uma estrela da sequência principal termina sua vida, ela se transforma em uma gigante vermelha. Isso está reservado para o nosso sol e, quando isso acontecer, o sol envolverá as órbitas de Mercúrio e Vênus, e possivelmente até da Terra.
Os planetas que orbitam essas gigantes vermelhas terão um fim muito triste. Se estiverem perto o suficiente, podem ser engolidos inteiros. Mais tarde, a gigante vermelha expelirá suas camadas externas como uma nebulosa planetária, e o núcleo entrará em colapso em um remanescente estelar do tamanho da Terra, uma anã branca. Alternativamente, os planetas podem ser perturbados pelas marés e cair, aos poucos, na anã branca.
No entanto, os planetas viverão – mais ou menos. As rochas e minerais engolidos pela estrela se dissociarão em seus elementos correspondentes. Os astrônomos podem olhar para essas anãs brancas poluídas e realmente juntar como eram os planetas que orbitavam as estrelas.
Trabalhando juntos, foi isso que Xu e Putirka decidiram fazer. Tomando observações detalhadas da atmosfera de anãs brancas, eles reconstruíram esses planetas mortos.
Essa abordagem – tomando composições elementares para inferir que tipos de minerais estão presentes usando uma mineralogia padrão (ou mineralogia normativa, como conhecida na comunidade geológica) – tem sido usada desde o século 20.ºséculo para rochas na Terra. Simplesmente aplicamos a mesma abordagem às estrelas, disse Putirka Grande Pensamento .
E que surpresa foi. Em sua pequena amostra de 23 anãs brancas, eles encontraram uma enorme variedade de minerais em potencial. Na verdade, a variedade era tão grande que muitos dos minerais encontrados não têm equivalente em nosso Sistema Solar. Alguns exemplos são os minerais Xu e Putirka denominados piroxenitos de quartzo ou dunitos periclásicos.
Essa diversidade de minerais afetará as principais características de um planeta. Terá montanhas? Placas tectônicas? Uma crosta grossa ou fina? De fato, muitos dos planetas potencialmente tinham mantos compostos de ortopiroxênio (enquanto a olivina é dominante no manto da Terra). Isso mudaria a espessura da crosta, afetaria as placas tectônicas e talvez a proibisse completamente.
Não apenas isso. São as propriedades minerais que também determinarão coisas como se um planeta tem um ciclo global da água ou um ciclo global de C [carbono], que por sua vez afeta coisas como e quando a atmosfera e os oceanos evoluem e o clima subsequente, disse Putirka.
Geologia - Um Caso de Vida ou Morte
Uma variedade de coisas, como vulcões ou placas tectônicas, podem afetar a habitabilidade de um planeta. As placas tectônicas dão vida à superfície de um planeta. Ter segmentos da crosta que podem se mover ajuda um planeta a regular sua temperatura. Os vulcões também podem circular pela atmosfera de um planeta, ajudando a repor gases que de outra forma seriam perdidos no espaço.
O geólogo planetário Paul Byrne, da Universidade de Washington em St. Louis, não tinha um planeta específico em mente quando desenvolveu seus modelos. Em vez disso, ele queria entender a gama de propriedades planetárias e como as crostas dos planetas poderiam afetar suas propriedades como um todo. Ele e sua equipe giraram os mostradores, disse Byrne à Universidade de Washington A fonte . Literalmente rodamos milhares de modelos.
Ao mexer nos atributos do planeta – como seu tamanho, temperatura interior e composição, juntamente com as propriedades da estrela e sua proximidade com o planeta – eles foram capazes de fazer previsões sobre a camada externa do planeta: a litosfera. Eles descobriram que, geralmente, planetas menores, mais velhos ou distantes de sua estrela hospedeira são mais propensos a ter uma camada externa espessa. Mas há exceções, como quando os planetas possuem uma litosfera de apenas alguns quilômetros de espessura. Eles apelidaram esses mundos de planetas casca de ovo.
Então, por que os planetas são tão diversos? Uma possibilidade é como eles foram formados. O disco protoplanetário pode ter composições diferentes e os planetas foram formados em condições diferentes, disse Xu. Essas diferenças podem ter a ver com gerações anteriores de estrelas – uma história passada por milhões de anos, finalmente refletida nas características do planeta recém-nascido. Ou podem estar associados a mecanismos de formação e propriedades do próprio disco, como temperatura e pressão.
Mesmo que não possamos ver esses planetas diretamente, eles não precisam permanecer desconhecidos para nós. Ao olhar para modelos ou observações estelares, uma coisa é certa: nosso zoológico planetário é mais diversificado do que imaginávamos.
Neste artigo, ciências da terra, matemática, espaço e astrofísicaCompartilhar:
