James Webb examina uma anã castanha vizinha que tem nuvens feitas de areia

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NASA/JPL-Caltech

Uma estrela anã castanha é uma espécie de planeta “fracassado”, que não adquiriu volume suficiente

Nos seus primeiros meses de operação, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) já está a provar que valeu a pena esperar!

Até ao momento, já forneceu aos astrónomos as imagens mais detalhadas e precisas do cosmos, realizou observações de galáxias e nebulosas icónicas e obteve espectros de exoplanetas distantes.

Estas imagens resultantes, tornadas públicas através do programa JWST Early Release Science (ERS), forneceram uma boa troço transversal do que nascente observatório de próxima geração pode fazer.

Entre os seus muitos objetivos, o JWST fornecerá informações valiosas sobre a formação e evolução de sistemas de exoplanetas através de imagens diretas. Usando dados do ERS, uma equipa internacional de astrónomos e astrofísicos realizou um estudo de imagem direta de uma anã castanha companheira (VHS 1256-1257 b) orbitando dentro de um sistema triplo de anãs castanhas a aproximadamente 69,0 anos-luz de intervalo.

Os espetros que obtiveram deste corpo forneceram uma constituição detalhada da sua atmosfera, que incluiu uma invenção inesperada – nuvens feitas de minerais de silicato (também conhecidos porquê areia)!

A pesquisa foi conduzida pelo JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems (a equipa ERS 1386, abreviada), liderada pela Universidade da Califórnia em Santa Cruz (UCSC).

O cláusula que descreve as suas descobertas é o segundo de uma série que examina observações diretas de exoplanetas conduzidas pelo Webb, ambas atualmente em revisão. O primeiro cláusula examinou os dados do ERS no exoplaneta HIP 65426 b, um super Júpiter que Webb observou nos comprimentos de vaga do infravermelho próximo e médio.

A colaboração ERS 1386 compreende 120 astrónomos de mais de 100 institutos e universidades em todo o mundo e é dedicada a imagens diretas de sistemas de exoplanetas na fita de infravermelhos médios.

Isso incluirá a obtenção de espetros de atmosferas de exoplanetas para mandar a habitabilidade e examinar discos de detritos circunstelares para aprender mais sobre a formação de planetas.

Porquê a equipa declarou durante o Congresso Europeu de Ciências Planetárias de 2018, “a Humanidade nunca observou sistemas exoplanetários nesses comprimentos de vaga, e as nossas observações serão transformadoras para se entender as químicas e composições desses mundos distantes”.

Do ponto de vista técnico, o Early Release Program do programa foi projetado para julgar o desempenho dos modos de reparo do JWST que permitem tirar imagens diretas de exoplanetas, companheiros de volume planetária e os discos circunstelares que os formam.

Isso inclui os modos coronagráficos na Near-Infrared Camera (NIRCam) e Mid-Infrared Instrument (MIRI) (que bloqueia a luz das estrelas, para que os exoplanetas sejam visíveis) e o modo de interferometria de mascaramento de início Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph (NIRSpec) (que combina luz de fontes díspares para gerar imagens).

Dr. Aarynn Carter, bolseiro de pós-doutoramento na UCSC e membro da ERS 1386, foi o principal responsável do primeiro cláusula da colaboração. Porquê explicou ao Universe Today por e-mail, as observações de Webb do HIP 65426 b demonstraram efetivamente as capacidades de imagem direta do observatório:

“Essas observações demonstraram que o JWST é capaz de obter medições precisas do fluxo de exoplanetas em todo o infravermelho próximo a médio. Essas medições permitem-nos obter uma restrição precisa da força totalidade emitida, ou luminosidade, do HIP 65426b”.

“Em confrontação com os modelos de evolução planetária, isso, por sua vez, deu-nos restrições muito precisas nas suas propriedades de volume, porquê temperatura, volume e relâmpago. Com trabalhos futuros, podemos encetar a entender o que essas observações significam para as propriedades atmosféricas do HIP 65426 b.”

Para o seu estudo mais recente, a equipa consultou dados obtidos pelo MIRI e NIRSpec de Webb do VHS 1256 b, uma anã castanha companheira com mais de vinte vezes a volume de Júpiter que orbita a uma intervalo de muro de 150 UA.

Essas observações foram realizadas a 5 de julho de 2022, por mais de duas horas e em comprimentos de vaga que variam de 1 a 20 micrómetros. Os espetros obtidos forneceram informações detalhadas sobre a constituição atmosférica do VHS 1256 b e em comprimentos de vaga nunca antes vistos numa anã castanha.

A Dra. Britanny E. Miles, bolseira de pós-doutoramento presidencial da UC na UC Irvine e membro da ERS 1386 Collaboration, foi a principal autora do segundo cláusula. Porquê disse ao Universe Today por e-mail:

“O infravermelho próximo e o infravermelho médio mostram características de metano, monóxido de carbono, sódio, potássio e chuva. Há evidências de dióxido de carbono. Todas essas características foram observadas antes em anãs castanhas desta temperatura. No entanto, nunca vimos monóxido de carbono com tantos detalhes em 5 mícrons”.

“Isso dá-nos a oportunidade em estudos futuros de entender quanto carbono e oxigénio há no objeto universal, o que dá uma pista de quão “rico em metal” ele é comparado com a sua estrela hospedeira. A constituição de uma anã castanha pode fornecer informações sobre porquê o objeto pode ter-se formado.”

Miles e os seus colegas também notaram a deteção direta de nuvens de silicato, tornando nascente o primeiro caso em que tal maravilha foi feito para um companheiro de volume planetária.

Leste e outros exames espetroscópicos recentes de anãs castanhas (porquê um estudo recente fundamentado em dados do Spitzer) confirmam que esses objetos de volume subestelar produzem calor suficiente para vaporizar minerais. Também dá informações sobre porquê as atmosferas planetárias funcionam, particularmente para planetas que estão mais próximos em tamanho e temperatura da Terreno.

Estes resultados foram semelhantes às observações anteriores de HR 8799 c, d e e, três exoplanetas que orbitam uma estrela variável do tipo K a respeito de 133 anos-luz da Terreno. Estes exoplanetas variam entre muro de 7 e 9 massas solares, provavelmente anãs castanhas, e têm espectros semelhantes.

No entanto, o JWST forneceu uma solução e capacidade de imagem muito maiores do que as campanhas de reparo anteriores, validando ainda mais o sofisticado observatório e a sua capacidade de visualizar e caraterizar exoplanetas diretamente. Disse Cárter:

“Também determinamos que o JWST é até um fator de 10 mais sensível do que prevíamos nesses modos de reparo. Isso significa que poderemos facilmente fazer esse tipo de reparo em um número maior de objetos conhecidos. Outrossim, para algumas estrelas, seremos mais sensíveis ao que é atualmente verosímil do solo, o que significa que também poderemos deslindar novos planetas. Particularmente, até agora, temos unicamente imagens diretas de objetos maiores que Júpiter. O JWST pode permitir detetar Saturno ou mesmo análogos de Urano/Netuno.”

O estudo ricamente detalhado de exoplanetas é unicamente mais uma maneira pela qual o Webb está a satisfazer os seus objetivos científicos. Com a sua ótica avançada, coronógrafos e espetrómetros, nascente observatório de próxima geração confirmará e caraterizará exoplanetas porquê nunca antes.

Isso permitirá que os astrónomos completem o recenseamento de exoplanetas, detetem planetas rochosos menores que orbitam mais de perto com suas estrelas e restrinjam ainda mais a habitabilidade planetária. Com um pouco de sorte, pode até deslindar a primeira evidência de vida além do nosso Sistema Solar.

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