A “Behemoth” Bleeding Atmosphere Around a Warm Exoplanet | Atmosfera gigante ao redor de um morno exoplaneta

Esta concepção artística mostra  "O Gigante," uma enorme nuvemde hidrogênio, semelhante a um cometa, fluindo de um morno planeta do tamanho de Netuno, a apenas 30 anos-luz da Terra. Também está  representada aqui a estrela-mãe, uma esmaecida anã vermelha chamada GJ 436. O hidrogênio está se evaporando do planeta devido à extrema radiação da estrela. Um fenômeno grande assim jamais fora visto antes ao redor de qualquer exoplaneta.

Astrônomos  descobriram, com o uso do Hubble,  uma imensa nuvem de hidrogênio apelidada “O Gigante” fluindo de umjplaneta que  orbita uma estrela próxima.A enorme particularidade, semelhante a um cometa, tem cerca de 50 vezes o tamanho da estrela-mãe. O hidrogênio está se evaporando de um morno planeta de tamanho semelhante ao de Netuno, devido à extrema radiação da estrela.

Este fenômeno nunca havia sido observado ao redor de um exoplaneta tão pequeno. Ele pode oferecer pistas sobre como outros planetas com atmosferas envoltas em hidrogênio podem ter suas camadas externas evaporadas por suas estrelas-mães, deixando para trás núcleos sólidos rochosos. Planetas quentes e rochosos como esses com aproximadamente o tamanho da Terra são chamados Super Terras Quentes.

“Esta nuvem é muito espetacular, embora o ritmo de evaporação não ameace o planeta neste momento,” explica o líder do estudo, David Ehrenreich do Observatório da Universidade de Genebra, na Suíça. “Mas nós sabemos que no passado a estrela, uma esmaecida anã vermelha, era mais ativa. Isso significa que o planeta evaporou mais rápido durante seu primeiro bilhão de anos de existência por causa da forte radiação da jovem estrela. No total, calculamos que possa ter perdido até 10 por cento de sua atmosfera durante os vários bilhões de anos recentes.”

O planeta, chamado GJ 436b, é considerado um “Netuno Morno,” devido ao seu tamanho e por estar muito mais perto de sua estrela do que Netuno está do Sol. Embora não corra o perigo de ter sua atmosfera completamente evaporada e de ser reduzido a um núcleo rochoso, este planeta poderia explicar a existência das chamadas Super-Terras Quentes que estão muito próximas de suas estrelas.

Esses quentes astros rochosos foram descobertos pelo Convection Rotation and Planetary Transits (CoRoT) e o telescópio espacial Keplerda NASA. Super-Terras Quentes poderiam ser  remanescentes de planetas maiores que perderam completamente suas espessas atmosferas gasosas através do mesmo tipo de evaporação.

Como a atmosfera da Terra bloqueia a maior parte da luz ultravioleta, astrônomos necessitavam de um telescópio espacial com a capacidade ultravioleta do Hubble e rara precisão para encontrar “O Gigante.”

“Você também teria de ter os olhos do Hubble,” diz Ehrenreich. “Você não o veria em comprimentos de onda de luz visível. Mas quando de voltam os olhos ultravioleta do Hubble para o sistema, é realmente uma transformação e tanto, porque o planeta se transforma em uma coisa monstruosa.”

Como a órbita do planeta está inclinada praticamente com a borda voltada para fora em relação à nossa visão da Terra, o planeta pode ser visto passando diante de sua estrela. Astrônomos também viram a estrela eclipsada pela ”Gigantesca” nuvem de hidrogênio ao redor do planeta.

Ehrenreich  e sua equipe acreditam que uma enorme nuvem de gás como essa pode existir ao redor deste planeta porque a nuvem não é rapidamente aquecida e varrida pela pressão da radiação da relativamente fria estrela anã vermelha. Isso permite que a nuvem permaneça por um tempo maior.

Evaporação como essa pode ter ocorrido nos estágios primordiais de nossos sistema solar, quando a Terra tinha uma atmosfera rica em hidrogênio, que se dissipou há algo entre mais de 100 a 500 milhões de anos. Se for assim, a Terra pode ter anteriormente  ostentado uma cauda semelhante à de um cometa.

GJ 436b reside muito perto de sua estrela – menos de 2 milhões de milhas — e gira ao redor dela em apenas 2,6 dias terrestres. Em comparação, a Terra está a 93 milhões de milhas do Sol e o orbita a cada 365,24 dias. Este exoplaneta tem, pelo menos, 6 bilhões de anos, e pode até mesmo ter o dobro daquela idade. Tem uma massa ao redor de 23 vezes a da Terra. A apenas 30 anos-luz da Terra, é um dos mais próximos planetas extrassolares conhecidos.

Encontrar “o Gigante” pode ser algo revolucionário para a caracterização de atmosferas de toda a população de planetas do tamanho de  Netuno e Super-Terras em observações ultravioleta. Nos próximos anos, Ehrenreich espera que os astrônomos encontrem milhares de  planetas desse tipo.

A técnica ultravioleta  usada neste estudo pode também detectar os sinais de oceanos evaporando em planetas menores, mais semelhantes à Terra. Será algo  extremamente desafiador para os astrônomos ver diretamente vapor de água nestes astros, porque ele fica muito baixo na atmosfera e escondido dos telescópios. Entretanto, quando moléculas de água são quebradas em hidrogênio e oxigênio pela radiação estelar, os relativamente leves átomos de hidrogenio podem escapar do planeta. Se os cientistas detectarem esse hidrogênio se evaporando de um planeta que seja levemente mais  temperado e menos do que GJ 436b, isso poderá ser uma indicação de um oceano na supefície.

Tradução de Luiz Leitão da Cunha

This artist's concept shows "The Behemoth," an enormous comet-like cloud of hydrogen bleeding off of a warm, Neptune-sized planet just 30 light-years from Earth. Also depicted is the parent star, which is a faint red dwarf named GJ 436. The hydrogen is evaporating from the planet due to extreme radiation from the star. A phenomenon this large has never before been seen around any exoplanet.

Astronomers using NASA’s Hubble Space Telescope have discovered an immense cloud of hydrogen dubbed “The Behemoth” bleeding from a planet orbiting a nearby star. The enormous, comet-like feature is about 50 times the size of the parent star. The hydrogen is evaporating from a warm, Neptune-sized planet, due to extreme radiation from the star.

This phenomenon has never been seen around an exoplanet so small. It may offer clues to how other planets with hydrogen-enveloped atmospheres could have their outer layers evaporated by their parent star, leaving behind solid, rocky cores. Hot, rocky planets such as these that roughly the size of Earth are known as Hot-Super Earths.

“This cloud is very spectacular, though the evaporation rate does not threaten the planet right now,” explains the study’s leader, David Ehrenreich of the Observatory of the University of Geneva in Switzerland. “But we know that in the past, the star, which is a faint red dwarf, was more active. This means that the planet evaporated faster during its first billion years of existence because of the strong radiation from the young star. Overall, we estimate that it may have lost up to 10 percent of its atmosphere over the past several billion years.”

The planet, named GJ 436b, is considered to be a “Warm Neptune,” because of its size and because it is much closer to its star than Neptune is to our sun. Although it is in no danger of having its atmosphere completely evaporated and stripped down to a rocky core, this planet could explain the existence of so-called Hot Super-Earths that are very close to their stars.

These hot, rocky worlds were discovered by the Convection Rotation and Planetary Transits (CoRoT) and NASA’s Kepler space telescope. Hot Super-Earths could be the remnants of more massive planets that completely lost their thick, gaseous atmospheres to the same type of evaporation.

Because the Earth’s atmosphere blocks most ultraviolet light, astronomers needed a space telescope with Hubble’s ultraviolet capability and exquisite precision to find “The Behemoth.”

“You would have to have Hubble’s eyes,” says Ehrenreich. “You would not see it in visible wavelengths. But when you turn the ultraviolet eye of Hubble onto the system, it’s really kind of a transformation, because the planet turns into a monstrous thing.”

Because the planet’s orbit is tilted nearly edge-on to our view from Earth, the planet can be seen passing in front of its star. Astronomers also saw the star eclipsed by ”The Behemoth” hydrogen cloud around the planet.

Ehrenreich and his team think that such a huge cloud of gas can exist around this planet because the cloud is not rapidly heated and swept away by the radiation pressure from the relatively cool red dwarf star. This allows the cloud to stick around for a longer time. The team’s findings will be published in the June 25 edition of the journal Nature.

Evaporation such as this may have happened in the earlier stages of our own solar system, when the Earth had a hydrogen-rich atmosphere that dissipated over 100 to 500 million years. If so, the Earth may previously have sported a comet-like tail.

GJ 436b resides very close to its star – less than 2 million miles — and whips around it in just 2.6 Earth days. In comparison, the Earth is 93 million miles from our sun and orbits it every 365.24 days. This exoplanet is at least 6 billion years old, and may even be twice that age. It has a mass of around 23 Earths. At just 30 light-years from Earth, it’s one of the closest known extrasolar planets.

Finding “The Behemoth” could be a game-changer for characterizing atmospheres of the whole population of Neptune-sized planets and Super-Earths in ultraviolet observations. In the coming years, Ehrenreich expects that astronomers will find thousands of this kind of planet.

The ultraviolet technique used in this study also may also spot the signature of oceans evaporating on smaller, more Earth-like planets. It will be extremely challenging for astronomers to directly see water vapor on those worlds, because it’s too low in the atmosphere and shielded from telescopes. However, when water molecules are broken by the stellar radiation into hydrogen and oxygen, the relatively light hydrogen atoms can escape the planet. If scientists spot this hydrogen evaporating from a planet that is slightly more temperate and less massive than GJ 436b, it could be an indication of an ocean on the surface.