Possível anã marrom está a 20 anos-luz. Pela primeira vez, foi possível conhecer detalhes sobre atmosfera de astro desse tipo.
Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), astrônomos observaram a atmosfera de um corpo que pode ser um “planeta desgarrado” ou uma “estrela fracassada”.
O “objeto de massa planetária livre”, designado SIMP 0136, vagueia pelo universo a cerca de 20 anos-luz da Terra. Ele tem cerca de 13 vezes a massa de Júpiter, mas é quase do mesmo tamanho. Descoberto em 2003, gira tão rapidamente que um dia dura apenas cerca de 2,4 horas terrestres.
É possível que SIMP 0136 não seja um planeta, mas sim uma anã marrom: um corpo que se forma como uma estrela, mas falha em reunir massa suficiente para desencadear a fusão nuclear de hidrogênio em hélio em seu núcleo. A confusão surge do fato de que essas “estrelas fracassadas” têm um limite de massa inferior de cerca de 13 vezes a massa de Júpiter – bem em torno da massa de SIMP 0136, na verdade.
Como SIMP 0136 é relativamente brilhante para um objeto de massa planetária isolado e sua luz não é contaminada pela luz de uma estrela-mãe, ele tem sido um alvo popular para astrônomos.
Assim, mesmo antes do JWST examiná-lo, uma série de instrumentos terrestres, bem como os Telescópios Espaciais Hubble e Spitzer, o estudaram. Essas investigações, no entanto, deixaram os astrônomos com muitas perguntas.
Já era conhecido que SIMP 0136 flutua em brilho e foi argumentado que essas mudanças não poderiam ser simplesmente o resultado de nuvens, mas sim ter a ver com uma combinação complexa de fatores atmosféricos.
Usando o JWST, a equipe conseguiu monitorar a luz infravermelha de SIMP 0136 por duas rotações completas, observando variações nas camadas de nuvens, temperatura e até mesmo sua química. Muitos dos detalhes estavam anteriormente ocultos.
“Nós já sabíamos que ele varia em brilho e estávamos confiantes de que há camadas de nuvens irregulares que giram para dentro e para fora da vista e evoluem ao longo do tempo”, disse Allison McCarthy, líder da equipe de estudo e pesquisadora da Universidade de Boston, em uma declaração. “Também pensamos que poderia haver variações de temperatura, reações químicas e possivelmente alguns efeitos da atividade auroral afetando o brilho, mas não tínhamos certeza.”
A observação permitiu que a equipe usasse o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec), bem como seu Instrumento de Infravermelho Médio (Mid-Infrared Instrument, MIRI). Assim, os pesquisadores puderam coletar dados em uma ampla gama de comprimentos de onda de luz infravermelha. O resultado foram centenas de curvas de luz altamente detalhadas mostrando como cada comprimento de onda da luz infravermelha mudou em brilho conforme o astro girava.
“Ver o espectro completo desse objeto mudar ao longo de minutos foi incrível”, disse Johanna Vos, principal pesquisadora da equipe e pesquisadora do Trinity College Dublin, na declaração. “Até agora, tínhamos apenas uma pequena fatia do espectro infravermelho próximo do Hubble e algumas medições de brilho do Spitzer.”
Os pesquisadores notaram que a luz infravermelha do SIMP 0136 tinha formas distintas de curvas de luz, com alguns comprimentos de onda brilhando enquanto outros escureciam; o resto não mudou nada. Eles raciocinaram que deve haver vários fatores influenciando essas variações.
“Imagine observar a Terra de muito longe. Se você olhasse para cada cor separadamente, veria padrões diferentes que lhe dizem algo sobre sua superfície e atmosfera, mesmo que não conseguisse distinguir as características individuais”, disse Philip Muirhead, membro da equipe de estudo e pesquisador da Universidade de Boston, na declaração. “O azul aumentaria conforme os oceanos girassem para a vista. Mudanças em marrom e verde lhe diriam algo sobre o solo e a vegetação.”
Para avaliar o que está causando as variações de luz do SIMP 0136, a equipe desenvolveu modelos atmosféricos para determinar quais regiões da atmosfera eram responsáveis por qual comprimento de onda.
“Diferentes comprimentos de onda fornecem informações sobre diferentes profundidades na atmosfera”, disse McCarthy. “Começamos a perceber que os comprimentos de onda que tinham as formas de curva de luz mais semelhantes também sondavam as mesmas profundidades, o que reforçou essa ideia de que eles devem ser causados pelo mesmo mecanismo.”
Uma banda de infravermelho originou-se das profundezas da atmosfera , onde a equipe suspeita haver nuvens irregulares de partículas de ferro. Acredita-se que outra banda venha de mais alto na atmosfera e de nuvens irregulares de silicatos. A última banda é teorizada como originária de bem acima dessas nuvens em relação à temperatura de SIMP 0136.
Áreas mais brilhantes podem corresponder a auroras detectadas ao redor de SIMP 0136, em ondas de rádio. Alternativamente, essas manchas brilhantes podem ser o resultado de gás quente viajando para cima através da atmosfera de SIMP 0136.
Há curvas de luz que o JWST viu do SIMP 0136 que não podem ser explicadas nem pelas nuvens do objeto nem por sua temperatura. Elas podem ser influenciadas pela química do carbono da atmosfera, já que bolsões de dióxido e monóxido de carbono giravam para dentro e para fora da visão do JWST. Outra explicação pode ser reações químicas causando mudanças na atmosfera do SIMP 0136.
“Ainda não descobrimos realmente a parte química do quebra-cabeça, mas esses resultados são realmente empolgantes porque estão nos mostrando que as abundâncias de moléculas como metano e dióxido de carbono podem mudar de um lugar para outro e ao longo do tempo”, disse Vos. “Se estamos olhando para um exoplaneta e podemos obter apenas uma medição, precisamos considerar que ela pode não ser representativa de todo o planeta.”
A pesquisa foi publicada em 3 de março no Astrophysical Journal Letters.