Peróxido de hidrogênio detectado nos pólos de Ganimedes; monóxido de enxofre dos vulcões de Io – Strong The One

Em duas publicações separadas, astrônomos que fazem parte do programa Early Release Science do JWST relatam a primeira detecção de peróxido de hidrogênio em Ganimedes e vapores sulfurosos em Io, ambos resultado da influência dominadora de Júpiter.

“Isso mostra que podemos fazer uma ciência incrível com o Telescópio Espacial James Webb em objetos do sistema solar, mesmo que o objeto seja realmente muito brilhante, como Júpiter, mas também quando você olha para coisas muito fracas próximas a Júpiter”, disse Imke de Pater , professora emérita de astronomia e ciência da Terra e planetária na Universidade da Califórnia, Berkeley. De Pater e Thierry Fouchet, do Observatório de Paris, são co-investigadores principais da equipe de observação do sistema solar da Early Release Science, uma das 13 equipes que receberam acesso antecipado ao telescópio.

Samantha Trumbo, bolsista de pós-doutorado 51 Pegasi b na Cornell University, liderou o estudo de Ganymede, que foi publicado em 21 de julho na revista Avanços da Ciência. Usando medições capturadas pelo espectrômetro de infravermelho próximo (NIRSpec) no JWST, a equipe detectou a absorção de luz pelo peróxido de hidrogênio – H₂O₂ — em torno dos pólos norte e sul da lua, resultado de partículas carregadas em torno de Júpiter e Ganimedes impactando o gelo que cobre a lua.

“O JWST revelando a presença de peróxido de hidrogênio nos pólos de Ganimedes mostra pela primeira vez que partículas carregadas canalizadas ao longo do campo magnético de Ganimedes estão alterando preferencialmente a química da superfície de suas calotas polares”, disse Trumbo.

Os astrônomos argumentam que o peróxido é produzido por partículas carregadas que atingem o gelo de água congelado ao redor dos pólos e quebram as moléculas de água em fragmentos – um processo chamado radiólise – que então se recombinam para formar H₂O₂. Eles suspeitaram que a radiólise ocorreria principalmente em torno dos pólos de Ganimedes porque, ao contrário de todas as outras luas do nosso sistema solar, ela possui um campo magnético que direciona as partículas carregadas para os pólos.

“Assim como o campo magnético da Terra direciona as partículas carregadas do sol para as latitudes mais altas, causando a aurora, o campo magnético de Ganimedes faz o mesmo com as partículas carregadas da magnetosfera de Júpiter”, acrescentou ela. “Essas partículas não apenas resultam em auroras em Ganimedes, mas também impactam a superfície gelada.”

Trumbo e Michael Brown, professor de astronomia planetária na Caltech, onde Trumbo recentemente recebeu seu Ph.D., já haviam estudado o peróxido de hidrogênio em Europa, outro dos quatro satélites galileanos de Júpiter. Em Europa, no entanto, o peróxido foi detectado em grande parte da superfície, talvez, em parte, porque não há campo magnético para proteger a superfície das partículas em movimento rápido que giram em torno de Júpiter.

“Este é provavelmente um processo realmente importante e generalizado”, disse Trumbo. “Essas observações de Ganimedes fornecem uma janela importante para entender como essa radiólise da água pode conduzir a química em corpos gelados em todo o sistema solar externo, incluindo nas vizinhas Europa e Calisto (a quarta lua galileana)”.

“Isso ajuda a entender como funciona a chamada radiólise e que, de fato, funciona como as pessoas esperavam, com base em experimentos de laboratório na Terra”, disse de Pater.

ambiente sulfuroso de Io

Em um segundo artigo, aceito para publicação na revista JGR: Planetas, uma publicação da American Geophysical Union, de Pater e seus colegas relatam novas observações do Webb de Io que mostram várias erupções em andamento, incluindo um brilho em um complexo vulcânico chamado Loki Patera e uma erupção excepcionalmente brilhante em Kanehekili Fluctus. Como Io é a única lua vulcanicamente ativa no sistema solar – o empurrão e a atração gravitacional de Júpiter a aquece – estudos como este dão aos cientistas planetários uma perspectiva diferente da que pode ser obtida estudando vulcões na Terra.

Pela primeira vez, os pesquisadores conseguiram vincular uma erupção vulcânica – em Kanehekili Fluctus – a uma linha de emissão específica, a chamada linha “proibida”, do gás monóxido de enxofre (SO).

Dióxido de enxofre (SO₂) é o principal componente da atmosfera de Io, proveniente da sublimação do SO₂ gelo, bem como erupções vulcânicas em curso, semelhantes à produção de SO₂ por vulcões na Terra. Os vulcões também produzem SO, que é muito mais difícil de detectar do que SO₂. Em particular, a linha de emissão proibida de SO é muito fraca porque o SO está em concentrações tão baixas e é produzido apenas por um curto período de tempo após ser excitado. Além disso, as observações só podem ser feitas quando Io está na sombra de Júpiter, quando é mais fácil ver os gases SO brilhantes. Quando Io está na sombra de Júpiter, o SO₂ gás na atmosfera de Io congela em sua superfície, deixando apenas SO e SO vulcânico recém-emitido₂ gás na atmosfera.

“Essas observações com Webb mostram pela primeira vez que o SO realmente veio de um vulcão”, disse de Pater.

De Pater fez observações anteriores de Io com o Telescópio Keck no Havaí e encontrou baixos níveis da emissão proibida de SO em grande parte da lua, mas ela não conseguiu vincular os pontos de acesso SO especificamente a um vulcão ativo. Ela suspeita que muito deste SO, assim como o SO₂ visto durante um eclipse, vem dos chamados vulcões furtivos, que liberam gás, mas não poeira, o que os tornaria visíveis.

Vinte anos atrás, de Pater e sua equipe propuseram que esse estado excitado de SO só poderia ser produzido em fontes vulcânicas quentes, e que a tênue atmosfera permitia que esse estado permanecesse por tempo suficiente – alguns segundos – para emitir a linha p