Molécula de ‘termômetro’ confirmada no exoplaneta WASP

Jun 21, 2023

O hidreto de cromo (CrH), uma molécula relativamente rara e particularmente sensível à temperatura, é útil como “termômetro para estrelas”, segundo a astrônoma Laura Flagg, porque é abundante apenas em uma faixa estreita entre 1.200-2.000 graus Kelvin.

Flagg, pesquisador associado em astronomia na Faculdade de Artes e Ciências (A&S), usou este e outros hidretos metálicos para determinar a temperatura de estrelas frias e anãs marrons. Em teoria, disse ela, o hidreto de cromo poderia fazer o mesmo com os exoplanetas quentes de Júpiter, que são comparáveis ​​em temperatura às anãs marrons – se essas moléculas específicas estiverem presentes nas atmosferas dos exoplanetas. Pesquisas anteriores, em baixa resolução, sugeriram que sim.

Agora, Flagg e uma equipe de pesquisadores liderada por Cornell confirmaram, usando observações espectrais de alta resolução, a presença de hidreto de cromo na atmosfera de um exoplaneta do quente Júpiter WASP-31b, abrindo a porta para usar esta espécie de molécula sensível à temperatura como um “termômetro” para determinar a temperatura e outras características dos exoplanetas.

Flagg é o autor principal de “Detecção de ExoGemS de um hidreto de metal em uma atmosfera de exoplaneta em alta resolução espectral”, publicado em 16 de agosto na ApJ Letters. Os coautores incluem: Ray Jayawardhana, professor Hans A. Bethe e professor de astronomia (A&S); Jake D. Turner, pesquisador do Hubble no Cornell Center for Astrophysics & Planetary Science; Ryan J. MacDonald, anteriormente pesquisador associado do Carl Sagan Institute e agora NASA Sagan Fellow na Universidade de Michigan; e Adam Langeveld, pesquisador de pós-doutorado em astronomia (A&S). Flagg, Turner e Langeveld são membros do grupo de pesquisa de Jayawardhana.

O hidreto de cromo não teve detecções anteriores confirmadas em nenhum exoplaneta, e isso marca a primeira detecção de um hidreto metálico em um espectro de exoplaneta de alta resolução, escreveram os pesquisadores.

A detecção definitiva de hidretos metálicos em WASP-31b é um avanço importante na compreensão das atmosferas quentes de planetas gigantes, disse Flagg, embora a descoberta não forneça novas informações sobre o planeta individual. Descoberto em 2011, o WASP-31b orbita uma estrela F5 uma vez a cada 3,4 dias. Tem uma densidade extremamente baixa, mesmo para um planeta gigante, e o novo estudo confirma a sua temperatura de equilíbrio em 1.400 Kelvin – na faixa do hidreto de cromo.

“As moléculas de hidreto de cromo são muito sensíveis à temperatura”, disse Flagg. “Em temperaturas mais altas, você vê apenas o cromo. E em temperaturas mais baixas isso se transforma em outras coisas. Portanto, há apenas uma faixa específica de temperatura, cerca de 1.200 a 2.200 Kelvin, onde o hidreto de cromo é visto em grandes abundâncias.”

No nosso sistema solar, a única ocorrência detectada desta molécula está nas manchas solares, disse Flagg: o Sol é demasiado quente (cerca de 6.000 K na superfície) e todos os outros objectos são demasiado frios.

Em sua pesquisa, Flagg usa espectroscopia de alta resolução para detectar e analisar atmosferas de exoplanetas, comparando a luz geral do sistema quando o planeta está ao lado da estrela com quando o planeta está na frente da estrela, bloqueando alguns dos raios da estrela. luz. Certos elementos bloqueiam mais luz em determinados comprimentos de onda e menos luz em outros comprimentos de onda, revelando quais elementos estão no planeta.

“A alta resolução espectral significa que temos informações muito precisas sobre o comprimento de onda”, disse Flagg. “Podemos obter milhares de linhas diferentes. Nós os combinamos usando vários métodos estatísticos, usando um modelo – uma ideia aproximada da aparência do espectro – e comparamos com os dados e combinamos. Se combinar bem, há um sinal. Tentamos todos os modelos diferentes e, neste caso, o modelo de hidreto de cromo produziu um sinal.”

O cromo é raro, mesmo na temperatura certa, por isso os pesquisadores precisam de instrumentos e telescópios sensíveis, disse Flagg.

Para analisar WASP-31b, os pesquisadores usaram espectros de alta resolução de uma nova observação em março de 2022 como parte da pesquisa Exoplanets with Gemini Spectroscopia de Maunakea, no Havaí, usando Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph (GRACES). Eles complementaram os dados do GRACES com dados de arquivo obtidos em 2017, que não se destinavam à procura de hidretos metálicos.