An Extended Escaping Tail of Hydrogen and Helium in a Potential Super-Earth Progenitor
Utilizando observações do JWST/NIRISS SOSS, pesquisadores detectaram uma cauda estendida e em fuga de hidrogênio e hélio do potencial progenitor de super-Terra de 23 milhões de anos, V1298 Tau c, fornecendo evidência empírica direta da rápida perda de massa atmosférica que molda a evolução de planetas jovens.
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A maioria dos planetas em nossa galáxia não é composta por mundos rochosos como a Terra ou gigantes gasosos massivos como Júpiter. Em vez disso, eles se enquadram em uma categoria intermediária: planetas ligeiramente maiores que a Terra, frequentemente chamados de super-Terras, ou aqueles com atmosferas espessas e inchadas conhecidas como sub-Netunos. Durante anos, os astrônomos se perguntaram como esses dois grupos se tornaram tão diferentes. Uma ideia proeminente sugere que muitos desses planetas nasceram como "anões gasosos" — núcleos rochosos envoltos em mantos espessos de hidrogênio e hélio. Ao longo do tempo, a radiação intensa de suas estrelas hospedeiras pode ter arrancado essas camadas gasosas, deixando para trás os núcleos rochosos nus que vemos hoje. No entanto, esse processo é difícil de estudar porque ocorre ao longo de milhões de anos, e geralmente só vemos os planetas depois que o desprendimento terminou. Para entender verdadeiramente como essas atmosferas desaparecem, os cientistas precisam flagrar um planeta no ato de perder seu gás, um momento que requer a observação de um mundo muito jovem enquanto ele ainda está nos estágios iniciais de sua vida.
Uma equipe de astrônomos fez exatamente isso, usando o Telescópio Espacial James Webb para observar um planeta jovem chamado V1298 Tau c. Este mundo tem apenas 23 milhões de anos, um mero bebê em termos cósmicos, e orbita uma estrela que também é muito jovem. O planeta tem atualmente cerca de cinco vezes a largura da Terra e possui uma massa aproximadamente cinco vezes a de nosso planeta natal. Ao apontar o telescópio para este sistema, os pesquisadores foram capazes de observar o planeta passar à frente de sua estrela e analisar a luz estelar filtrada através da atmosfera do planeta. O que encontraram foi uma cena dramática de perda atmosférica. Em vez de uma casca esférica e perfeita de gás envolvendo o planeta, eles detectaram uma cauda massiva e alongada de hidrogênio e hélio em fuga, estendendo-se longe atrás do planeta, arrastando-se como o rastro de um barco movendo-se através da água.
Os pesquisadores utilizaram um instrumento especial no telescópio que consegue ver a luz em comprimentos de onda infravermelhos, o que permitiu detectar impressões digitais químicas específicas no gás em fuga. Eles procuraram por três sinais diferentes simultaneamente: um tipo específico de átomo de hélio que é excitado pela luz estelar, e duas formas diferentes de hidrogênio que brilham quando energizadas. Todos os três sinais mostraram uma queda profunda na luz estelar conforme o planeta cruzava a estrela, mas o tempo dessas quedas contou uma história surpreendente. Os sinais para o hélio e um tipo de hidrogênio começaram a cair no mesmo momento em que o corpo sólido do planeta começou a bloquear a estrela, mas não retornaram aos níveis normais até horas depois de o planeta ter terminado a travessia. Esse atraso provou que o gás não estava apenas abraçando o planeta; ele estava fluindo para longe em uma longa cauda, deixando um rastro que se estende dezenas de vezes a largura do planeta.
Esta observação fornece a primeira prova simultânea de tal cauda estendida usando múltiplos tipos de gás. A presença desses sinais específicos de hidrogênio tão longe da superfície do planeta indica que o gás está fluindo para fora com velocidade e densidade incríveis. Os pesquisadores calcularam que o planeta está perdendo massa a uma taxa de mais de 300 trilhões de gramas por segundo. Para colocar em perspectiva, esta é uma taxa tão alta que, se continuasse, o planeta perderia todo o seu envelope gasoso em apenas os próximos dez milhões de anos, transformando-se de um anão gasoso inchado em uma super-Terra nua e rochosa. Os dados também sugerem que o gás em fuga não é uma mistura perfeita de hidrogênio e hélio; parece que o planeta está perdendo hélio a uma taxa diferente do hidrogênio, resultando em uma mistura que é mais pobre em hélio do que o Sol.
O estudo também ajuda a resolver um debate de longa data sobre como essas atmosferas são perdidas. Existem duas teorias principais: uma sugere que a radiação de alta energia da estrela sopra a atmosfera como um vento, enquanto a outra sugere que o calor do próprio interior do planeta impulsiona o gás para fora. As observações de V1298 Tau c são consistentes com ambas as ideias, mas a pura intensidade da perda de massa inclina-se ligeiramente para a ideia de que o calor interno do planeta está desempenhando um papel importante em impulsionar essa fuga extrema. Ao flagrar este planeta jovem no ato, os pesquisadores forneceram um instantâneo crucial da evolução planetária. Eles mostraram que a transição de um mundo rico em gases para um mundo rochoso não é um desvanecimento lento e silencioso, mas um evento violento e rápido, onde o planeta descarta sua atmosfera primordial em uma exibição espetacular, semelhante a um cometa. Esta observação única serve como um marco para entender como os planetas mais comuns da galáxia perdem suas atmosferas e no que eles eventualmente se tornam.
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