Astrônomos da Universidade de Genebra (UNIGE), do Centro Nacional de Competência em Pesquisa PlanetS e do Instituto Trotier para Pesquisa em Exoplanetas (IREx) da Universidade de Montreal (UdeM) fizeram um grande avanço usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST). Pela primeira vez, os investigadores acompanharam a fuga contínua de gás da atmosfera de um exoplaneta ao longo de uma órbita completa em torno da sua estrela.
As observações revelaram um resultado inesperado e dramático. O gigante gasoso WASP-121b está rodeado não por um, mas por dois enormes fluxos de hélio que abrangem mais de metade da sua órbita. Quando combinados com modelos computacionais desenvolvidos na UNIGE, os dados fornecem a visão mais detalhada da fuga atmosférica, um processo poderoso que pode remodelar um planeta durante longos períodos de tempo. Os resultados são publicados Comunicação da natureza.
Um Júpiter superaquecido sob condições extremas
WASP-121b pertence a uma classe de planetas conhecidos como Júpiteres superaquecidos. Esses gigantes gasosos orbitam muito perto de suas estrelas, e o WASP-121b completa uma revolução completa em apenas 30 horas. Devido à sua proximidade, a radiação intensa da estrela aquece a atmosfera do planeta a temperaturas de vários milhares de graus.
Com esse calor extremo, elementos mais leves, como o hidrogênio e o hélio, podem se libertar e flutuar para o espaço. Ao longo de milhões de anos, esta perda constante de material atmosférico pode alterar significativamente o tamanho, a composição e a evolução do planeta a longo prazo.
Por que é objeto de observação constante
Até agora, os astrónomos só podiam estudar a fuga atmosférica durante breves trânsitos planetários – os breves momentos em que um planeta passa em frente da sua estrela a partir da perspectiva da Terra. Esses instantâneos duraram apenas algumas horas e forneceram informações limitadas.
Sem monitorização contínua, os cientistas não poderiam determinar até que ponto o gás que escapava se estendia ou como a sua composição mudava ao longo do tempo.
Uma órbita completa rastreada por James Webb
Usando o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRISS) do Telescópio Espacial James Webb, a equipe de pesquisa observou WASP-121b por cerca de 37 horas. Esta janela cobre várias órbitas completas, tornando-se a mais abrangente detecção contínua de hélio alguma vez registada em torno de um planeta.
Estas observações prolongadas permitem aos cientistas rastrear a fuga atmosférica com detalhes e precisão incomparáveis.
Duas enormes caudas de hélio foram descobertas
Ao medir como o hélio absorve a luz infravermelha, os investigadores descobriram que o gás em torno de WASP-121b se estende para além do planeta. O sinal de hélio permanece visível durante mais de metade da órbita do planeta, marcando a mais longa observação de fuga atmosférica até à data.
Ainda mais interessante, o hélio não forma um único fluxo. Em vez disso, ele se divide em duas caudas distintas. Um caminho atrás do planeta, afastado pela radiação estelar e pelo vento. Outras curvam-se em frente do planeta, possivelmente puxadas para a frente pela força gravitacional da estrela. Juntos, estes fluxos de gás cobrem uma distância superior a 100 vezes o diâmetro do planeta, ou mais de três vezes a distância entre o planeta e a sua estrela.
“Ficámos incrivelmente surpreendidos com a duração da fuga do hélio”, explica Romain Allert, investigador de pós-doutoramento na Universidade de Montreal, antigo estudante de doutoramento na Universidade de Genebra e principal autor do artigo. “Esta descoberta revela a complexidade dos processos físicos que esculpem as atmosferas exoplanetárias e as suas interações com os seus ambientes estelares. Estamos apenas a começar a descobrir a verdadeira complexidade destes mundos.”
Modelando os limites da teoria atual
O Departamento de Astronomia da Universidade de Genebra (UNIGE) é há muito tempo líder no estudo do escape atmosférico. Os modelos numéricos desenvolvidos lá desempenharam um papel fundamental na explicação das primeiras detecções de hélio feitas pelo JWST.
Embora estes modelos descrevam com sucesso caudas de gás simples, semelhantes a cometas, eles lutam para reproduzir a estrutura de cauda dupla observada em torno de WASP-121b. “Esta descoberta indica que a estrutura destes fluxos é o resultado tanto da gravidade como do vento estelar, tornando uma nova geração de simulações 3D essencial para analisar a sua física,” explica Ian Carteret, estudante de doutoramento no Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE e co-autor do estudo.
O que vem a seguir para a pesquisa de exoplanetas
O hélio tornou-se uma das ferramentas mais eficazes para rastrear fugas atmosféricas, e a sensibilidade do JWST permite agora aos cientistas detectá-lo em distâncias e intervalos de tempo sem precedentes. Observações futuras ajudarão a determinar se a formação de cauda dupla observada em torno de WASP-121b é rara ou comum entre exoplanetas quentes.
Os investigadores também precisam de refinar os seus modelos teóricos para explicar melhor como a gravidade, a radiação e os ventos estelares interagem para moldar estas atmosferas de escape.
“Muitas vezes, novas observações revelam as limitações dos nossos modelos numéricos e levam-nos a explorar novos processos físicos para aprofundar a nossa compreensão destes mundos distantes,” conclui Vincent Borrier, professor e investigador do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade de Genebra e co-autor do estudo.
