Os astrônomos obtiveram a visão mais clara até agora do lado escuro perpétuo de um exoplaneta que tem acoplamento de maré em relação à sua estrela.
© Engine House VFX (ilustração do exoplaneta WASP-121 b)
As observações, combinadas com medições do lado diurno permanente do planeta, proporcionam a primeira vista detalhada da atmosfera global de um exoplaneta. O planeta no centro do novo estudo é WASP-121b, um massivo gigante gasoso com quase o dobro do tamanho de Júpiter. O planeta é um Júpiter ultraquente e foi descoberto em 2015 em órbita de uma estrela a cerca de 850 anos-luz da Terra.
O WASP-121b tem uma das órbitas mais curtas já detectadas até agora, completando uma volta em torno da sua estrela em apenas 30 horas. Também tem acoplamento de maré, o que significa que um lado está sempre virado para a estrela (diurno), enquanto o outro está sempre em escuridão, voltado sempre para o espaço.
Os Júpiteres quentes são famosos por terem lados diurnos muito brilhantes, mas o lado noturno é completamente diferente. O lado noturno de WASP-121b é cerca de 10 vezes mais tênue do que o seu lado diurno. Os astrônomos já tinham detectado anteriormente vapor de água e estudado como a temperatura atmosférica muda com a altitude no lado diurno do planeta.
O novo estudo obteve um quadro geral muito mais detalhado. Os pesquisadores foram capazes de mapear as mudanças dramáticas de temperatura do lado do dia para o lado da noite e de ver como estas temperaturas mudam com a altitude. Também rastrearam a presença de água pela atmosfera para mostrar, pela primeira vez, como a água circula entre o lado diurno e o lado noturno de um exoplaneta.
Enquanto que na Terra a água circula primeiro evaporando, depois condensando-se em nuvens, e depois chovendo, em WASP-121b o ciclo da água é muito mais intenso: no lado diurno, os átomos que compõem a água são dissociados a temperaturas superiores a 3.000 Kelvin. Estes átomos são soprados para o lado da noite, onde as temperaturas mais frias permitem que os átomos de hidrogênio e oxigênio se recombinem em moléculas de água, que depois sopram de volta para o lado do dia, onde o ciclo recomeça.
A equipe calcula que o ciclo da água do exoplaneta é sustentado por ventos que "chicoteiam" os átomos à volta do planeta com velocidades até 5 quilômetros por segundo. Parece também que a água não está sozinha circulando em torno do planeta. Foi descoberto que o lado noturno é suficientemente frio para hospedar nuvens exóticas de ferro e corindo, um mineral que compõe rubis e safiras. Estas nuvens, como o vapor de água, podem deslocar-se até ao lado diurno, onde as altas temperaturas vaporizam os metais para o estado gasoso. Pelo caminho, pode ser produzida chuva exótica, como gemas líquidas das nuvens de corindo.
A equipe observou WASP-121b usando uma câmara espectroscópica a bordo do telescópio espacial Hubble. O instrumento observa a luz de um planeta e da sua estrela, analisando seus comprimentos de onda constituintes, cujas intensidades fornecem pistas sobre a temperatura e composição de uma atmosfera. Através de estudos espectroscópicos, os cientistas observaram detalhes atmosféricos nos lados diurnos de muitos exoplanetas. Mas fazer o mesmo para o lado noturno é muito mais complicado, uma vez que requer a observação de pequenas mudanças em todo o espectro do planeta à medida que orbita a sua estrela.
O exoplaneta WASP-121b foi observado durante duas órbitas completas, uma em 2018, e a outra em 2019. Para ambas as observações, os pesquisadores examinaram os dados de luz em busca de uma linha específica, ou característica espectral, que indicava a presença de vapor de água.
A característica mutável da água ajudou a equipe a mapear o perfil da temperatura tanto no lado do dia como no lado da noite. Descobriram que o lado diurno varia de 2.500 K na sua camada observável mais profunda até 3.500 K nas suas camadas mais altas. O lado noturno varia de 1.800 K na camada mais profunda a 1.500 K na atmosfera superior. Curiosamente, os perfis de temperatura parecem inverter-se, subindo com a altitude no lado diurno e descendo com a altitude no lado noturno.
Os pesquisadores passaram então os mapas de temperatura através de vários modelos para identificar elementos químicos susceptíveis de existirem na atmosfera do planeta, dadas as altitudes e temperaturas específicas. Esta modelagem revelou o potencial para nuvens metálicas, como ferro, corindo e titânio no lado noturno.
Os astrônomos reservaram tempo no telescópio espacial James Webb para observar WASP-121b no final deste ano e esperam mapear as mudanças não só no vapor de água, mas também no monóxido de carbono, que os cientistas suspeitam residir na atmosfera. A quantidade de carbono e oxigênio na atmosfera fornece pistas sobre onde este tipo de planeta se forma.
Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.
Fonte: Massachusetts Institute of Technology
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