Observações do telescópio Webb podem estar sendo interpretadas incorretamente

Com informações do MIT - 20/09/2022

Este é o mais poderoso e mais caro telescópio da história - mas, neste caso, parece que a observação está superando as teorias.
[Imagem: NASA]

Modelos insuficientes

O Telescópio Espacial James Webb está revelando o Universo com uma clareza espetacular e sem precedentes graças à sua visão infravermelha, que enxerga através da poeira cósmica.

Além de ver mais longe do que nunca, o Webb também irá capturar a visão mais detalhada de corpos celestes em nossa própria galáxia - entre os mais esperados estão alguns dos 5.000 exoplanetas já descobertos na Via Láctea.

Os astrônomos pretendem tirar proveito da precisão na captura de luz do telescópio para decodificar as atmosferas que cercam esses mundos, em busca de sinais de habitabilidade - ou mesmo de indicadores de vida.

Mas pesquisadores do MIT, nos EUA, mandaram um recado preocupante para os cientistas que vão trabalhar na interpretação desses dados: As ferramentas mais avançadas de que os astrônomos dispõem para decodificar sinais baseados em luz não são boas o suficiente para interpretar os dados com a precisão que o novo telescópio gera.

Especificamente, os modelos de opacidade - as ferramentas que modelam como a luz interage com a matéria em função das propriedades da matéria - podem precisar de ajustes significativos para corresponder à precisão dos dados do Webb.

Se esses modelos não forem refinados, as propriedades das atmosferas planetárias - como temperatura, pressão e composição química - podem ficar erradas em uma ordem de magnitude.

"Existe uma diferença cientificamente significativa entre um composto como a água estar presente em 5% versus 25%, que os modelos atuais não conseguem diferenciar," disse Julien de Wit, membro da equipe.

"Atualmente, o modelo que usamos para descriptografar informações espectrais não está à altura da precisão e da qualidade dos dados que temos do telescópio James Webb. Precisamos melhorar nosso jogo e enfrentar juntos o problema da opacidade," acrescentou seu colega Prajwal Niraula.

O Webb já fotografou exoplanetas, mas os dados podem não estar sendo devidamente interpretados.
[Imagem: NASA/ESA/CSA, A Carter (UCSC)/ERS 1386 team/A. Pagan (STScI)]

Opacidade

A opacidade é uma medida da facilidade com que os fótons passam através de um material. Os fótons de certos comprimentos de onda podem passar diretamente através de um material, ser absorvidos ou refletidos de volta, dependendo de se e como eles interagem com certas moléculas dentro de um material. Essa interação também depende da temperatura e da pressão do material.

Um modelo de opacidade funciona com base em várias suposições sobre como a luz se comporta nessas interações. No contexto dos exoplanetas, um modelo de opacidade pode decodificar o tipo e a abundância de elementos e compostos químicos na atmosfera de um planeta com base na luz do planeta que um telescópio captura.

O professor De Wit conta que o modelo de opacidade de última geração, que ele compara a uma ferramenta de tradução, "fez um trabalho decente" de decodificação dos dados espectrais obtidos por instrumentos como os do telescópio espacial Hubble.

"Até agora, esta Pedra de Roseta está indo bem. Mas agora que estamos indo para o próximo nível com a precisão do Webb, nosso processo de tradução nos impedirá de captar sutilezas importantes, como aquelas que fazem a diferença entre um planeta ser habitável ou não," resume o pesquisador.

O telescópio Webb enxerga até nuvens de pedras preciosas nos exoplanetas.
[Imagem: NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre]

Consertos teóricos e de laboratório

Para testar o modelo de opacidade mais usado, a equipe criou oito variações, que eles chamam de "modelos perturbados".

Eles descobriram que, com base nos mesmos espectros de luz, cada modelo perturbado produz previsões para as propriedades da atmosfera de um planeta com variações muito grandes.

A equipe conclui que, se os modelos de opacidade existentes forem aplicados aos espectros de luz obtidos pelo telescópio Webb, eles atingirão uma "parede de precisão". Ou seja, eles não serão sensíveis o suficiente para dizer se um planeta tem uma temperatura atmosférica de 20 ºC ou de 320 ºC, ou se um determinado gás ocupa 5% ou 25% de uma camada atmosférica.

"Essa diferença é importante para que possamos restringir os mecanismos de formação planetária e identificar bioassinaturas de maneira confiável," disse Niraula.

E não é um problema que se resolva do dia para a noite. Para melhorar os modelos de opacidade existentes, afirma a equipe, serão necessárias mais medições laboratoriais e mais cálculos teóricos para refinar as suposições dos modelos de como a luz e várias moléculas interagem, bem como colaborações entre disciplinas e, em particular, entre a astronomia e a espectroscopia.

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