ESPRESSO deteta exoplaneta onde chove ferro
2020 março 11

Num estudo¹ publicado hoje na revista Nature, uma equipa internacional², com forte participação de investigadores do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA³) da Universidade do Porto e da Universidade de Lisboa, conseguiu caracterizar a atmosfera do exoplaneta WASP-76b, tendo detetado o que se julga ser uma chuva de ferro. A deteção só foi possível graças ao poder coletor do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), combinado com a extraordinária resolução do espectrógrafo ESPRESSO⁴.

Para o investigador do IA e professor no Dep. de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (DFA-FCUP) Nuno Cardoso Santos: "O ESPRESSO é o resultado da estratégia do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço na construção de instrumentos para os grandes observatórios do ESO e para as missões espaciais da Agência Espacial Europeia (ESA), que começa agora a dar frutos. Esta estratégia inclui, por exemplo, a recém-lançada missão espacial CHEOPS (ESA) e irá continuar durante os próximos anos com o lançamento do telescópio espacial PLATO (ESA), ou a instalação do espectrógrafo HIRES no maior telescópio da próxima geração, o ELT (ESO)."

O ESPRESSO foi concebido para procurar planetas do tipo terrestre em torno de estrelas do tipo solar. Segundo Alexandre Cabral (IA & Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa - FCUL): "O ESPRESSO é neste momento o espectrógrafo mais avançado no estudo de exoplanetas.", mas o colaborador do IA e cientista do instrumento ESPRESSO no ESO (Chile) Pedro Figueira acrescenta ainda que: "depressa compreendemos que o notável poder colector do VLT e a estabilidade extrema do ESPRESSO, transformavam este instrumento na máquina perfeita para estudar atmosferas exoplanetárias".

Olivier Demangeon (IA & DFA-FCUP) acrescenta ainda que: "o que começou como um estudo clássico do bem conhecido efeito de Rossiter-McLaughlin⁵, acabou numa descoberta incrível, graças à extrema sensibilidade e precisão do ESPRESSO".

Esta chuva de ferro só é possível porque o WASP-76b, um exoplaneta a cerca de 390 anos-luz de distância da Terra, tem rotação síncrona, isto é, demora tanto tempo a completar uma rotação como a dar uma volta em torno da sua estrela. Desta forma, assim como a Lua em relação à Terra, mostra sempre a mesma face para a estrela.

Isto, em conjunto com a pequena distância que separa o planeta da sua estrela (o WASP-76b dá uma volta à sua estrela a cada 1,8 dias!), faz com que o lado diurno do planeta receba milhares de vezes mais radiação da sua estrela do que a Terra recebe do Sol, tornando-se tão quente que as moléculas se separam em átomos, com os metais, tais como o ferro, a evaporam-se para a atmosfera. Esta diferença de temperatura extrema entre os lados diurno e noturno provoca ventos violentos, que transportam o vapor de ferro do lado diurno ultra quente até ao lado noturno, menos quente.

"As nossas observações evidenciam para que a temperatura do planeta pode subir até aos 2400 ºC do lado de dia, que é suficientemente alta para vaporizar metais como o ferro. Depois os ventos fortes transportam este vapor de ferro para o lado noturno, onde a temperatura é menor, cerca de 1500 ºC e este vapor pode então condensar em gotas de ferro." Explica o investigador do IA e membro da equipa científica do ESPRESSO Sérgio Sousa.

Este resultado foi obtido em Setembro de 2018, a partir das primeiras observações científicas do ESPRESSO, pelo consórcio responsável pelo desenvolvimento e construção deste espectrógrafo, constituído por instituições académicas e científicas de Portugal, Itália, Suíça e Espanha, bem como membros do Observatório Europeu do Sul. Os parceiros portugueses são o IA (Universidade do Porto e Universidade de Lisboa) e a Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa.

Alexandre Cabral destaca a importância deste instrumento para a posição de Portugal na astronomia europeia e mundial: "Este resultado científico resulta de um trabalho de quase 10 anos a desenhar, integrar e testar um instrumento criado na europa e instalado no observatório do Paranal, em pleno deserto de Atacama, sendo uma clara demonstração da capacidade que a instrumentação em astronomia tem em Portugal."


Notas

1. O artigo "Nightside condensation of iron in an ultra-hot giant exoplanet" foi publicado no último número da revista Nature (DOI: 10.1038/s41586-020-2107-1).
2. A equipa é composta por: David Ehrenreich (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Geneva, Suíça [UNIGE]), Christophe Lovis (UNIGE), Romain Allart (UNIGE), María Rosa Zapatero Osorio (Centro de Astrobiología, Madrid, Espanha [CSIC-INTA]), Francesco Pepe (UNIGE), Stefano Cristiani (INAF Osservatorio Astronomico di Trieste, Itália [INAF Trieste]), Rafael Rebolo (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espanha [IAC]), Nuno C. Santos (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Dep. Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto), Francesco Borsa (INAF Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Itália [INAF Brera]), Olivier Demangeon (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço), Xavier Dumusque (UNIGE), Jonay I. González Hernández (IAC), Núria Casasayas-Barris (IAC), Damien Ségransan (UNIGE), Sérgio Sousa (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço), Manuel Abreu (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço & Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa), Vardan Adibekyan (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço), Michael Affolter (Physikalisches Institut & Centro do Espaço e Habitabilidade, Universität Bern, Suíça [Bern]), Carlos Allende Prieto (IAC), Yann Alibert (Bern), Matteo Aliverti (INAF Brera), David Alves (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço & Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa), Manuel Amate (IAC), Gerardo Avila (Observatório Europeu do Sul, Garching bei München, Alemanha [ESO]), Veronica Baldini (INAF Trieste), Timothy Bandy (Bern), Willy Benz (Bern), Andrea Bianco (INAF Brera), Émeline Bolmont (UNIGE), François Bouchy (UNIGE), Vincent Bourrier (UNIGE), Christopher Broeg (Bern), Alexandre Cabral (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço & Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa), Giorgio Calderone (INAF Trieste), Enric Pallé (IAC), H. M. Cegla (UNIGE), Roberto Cirami (INAF Trieste), João M. P. Coelho (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço & Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa), Paolo Conconi (INAF Brera), Igor Coretti (INAF Trieste), Claudio Cumani (ESO), Guido Cupani (INAF Trieste), Hans Dekker (ESO), Bernard Delabre (ESO), Sebastian Deiries (ESO), Valentina D’Odorico (INAF Trieste & Scuola Normale Superiore, Pisa, Itália), Paolo Di Marcantonio (INAF Trieste), Pedro Figueira (ESO & Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço), Ana Fragoso (IAC), Ludovic Genolet (UNIGE), Matteo Genoni (INAF Brera), Ricardo Génova Santos (IAC), Nathan Hara (UNIGE), Ian Hughes (UNIGE), Olaf Iwert (ESO), Florian Kerber (ESO), Jens Knudstrup (ESO), Marco Landoni (INAF Brera), Baptiste Lavie (UNIGE), Jean-Louis Lizon (ESO), Monika Lendl (UNIGE & Instituto de Investigação do Espaço, Academia das Ciências austríaca, Graz, Áustria), Gaspare Lo Curto (ESO Chile), Charles Maire (UNIGE), Antonio Manescau (ESO), Carlos Martins (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço), Denis Mégevand (UNIGE), Andrea Mehner (ESO Chile), Giusi Micela (INAF Osservatorio Astronomico di Palermo, Itália), Andrea Modigliani (ESO), Paolo Molaro (INAF Trieste & Instituto de Física Fundamental do Universe, Trieste, Itália), Manuel Monteiro (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço), Mário J. Monteiro (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Dep. Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto), Manuele Moschetti (INAF Brera), Eric Müller (ESO), Nelson Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço), Luca Oggioni (INAF Brera), António Oliveira (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço & Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa), Giorgio Pariani (INAF Brera), Luca Pasquini (ESO), Ennio Poretti (INAF Brera & Fundación Galileo Galilei, INAF, Breña Baja, Espanha), José Luis Rasilla (IAC), Edoardo Redaelli (INAF Brera), Marco Riva (INAF Brera), Samuel Santana Tschudi (ESO Chile), Paolo Santin (INAF Trieste), Pedro Santos (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço & Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa), Alex SegovIA/FCULMilla (UNIGE), JulIA/FCULV. Seidel (UNIGE), Danuta Sosnowska (UNIGE), Alessandro Sozzetti (INAF Osservatorio Astrofisico di Torino, Pino Torinese, Itália), Paolo Spanò (INAF Brera), Alejandro Suárez Mascareño (IAC), Hugo Tabernero (CSIC-INTA & IA/UPorto), Fabio Tenegi (IAC), Stéphane Udry (UNIGE), Alessio Zanutta (INAF Brera), Filippo Zerbi (INAF Brera).
3. O Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) é a instituição de referência na área em Portugal, integrando investigadores da Universidade de Lisboa e da Universidade do Porto, e englobando a maioria da produção científica nacional na área. Foi avaliado como “Excelente” na última avaliação de unidades de investigação e desenvolvimento organizada pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT). A atividade do IA é financiada por fundos nacionais e internacionais, incluindo pela FCT/MCES (UID/FIS/04434/2019).
4. O ESPRESSO (Echelle SPectrogaph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations) é um espectrógrafo de alta resolução, instalado no observatório VLT (ESO). Foi construído com o objetivo de procurar e detetar planetas parecidos com a Terra, capazes de suportar vida. Para tal, consegue detetar variações de velocidade de cerca de 0,3 km/h. Tem ainda por objetivo testar a estabilidade das constantes fundamentais do Universo.
5. O Efeito Rossiter-McLaughlin é uma anomalia na velocidade radial, que ocorre quando o planeta transita a sua estrela-mãe. Por causa da rotação da estrela, uma parte do disco estelar está a mover-se na nossa direção e tem um desvio para o azul, enquanto a outra parte está a afastar-se de nós e tem um desvio para o vermelho. Por causa disto, quando o planeta atravessa o disco estelar, em cada lado bloqueia a luz com diferentes velocidades.

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