Os astrônomos há muito caracterizam exoplanetas distantes com contornos esféricos suaves. Mas novas observações mostram que as atmosferas em torno de alguns destes mundos alienígenas escaldantes podem ter formas surpreendentemente irregulares.
Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, os pesquisadores descobriram que a atmosfera de WASP-17b, um planeta gigante a cerca de 1.300 anos-luz da Terra, é mais esticada de um lado do que do outro. Embora o seu contorno geral permaneça aproximadamente circular, a sua atmosfera é claramente anómala. Esta distorção fornece novas evidências de como temperaturas extremas e ventos fortes remodelam as atmosferas de planetas distantes.
Pesquisa, publicada em astronomia da naturezaO estudo vem de um estudo liderado conjuntamente pela Universidade Cornell, nos Estados Unidos, e pela Universidade de Bristol, no Reino Unido. Os pesquisadores usaram uma técnica inovadora chamada “cordas de transmissão”, desenvolvida pelos astrofísicos de Bristol, Dr. David Grant e Dra. Hannah Wakeford, para examinar a composição atmosférica do planeta com detalhes sem precedentes.
James Webb revela estrutura 3D da atmosfera alienígena
WASP-17b pertence a uma classe de planetas conhecidos como “Júpiteres quentes”, gigantes gasosos que orbitam perto das suas estrelas hospedeiras e sofrem intenso aquecimento. A sua forma atmosférica incomum oferece uma nova perspectiva sobre como o calor circula nestes mundos extremos.
A autora principal, Dra. Lily Alderson, Klarman Postdoctoral Fellow na Cornell University, começou a pesquisa enquanto estudava na Universidade de Bristol, onde obteve seu doutorado em física.
“Esta é uma prova de conceito de que os planetas são de facto objetos 3D, e constantemente, à medida que se movem em torno da sua estrela, o que prevemos está a acontecer. Ir além de um exercício computacional e vê-lo de verdade é uma questão diferente.”
As observações fornecem informações valiosas sobre a química atmosférica e as variações de temperatura do WASP-17b, incluindo diferenças entre o seu equador e pólos e entre os seus hemisférios permanentemente iluminados e escuros.
Esses resultados estão de acordo com previsões teóricas e modelos computacionais anteriores. Juntos, apresentam uma das imagens tridimensionais mais detalhadas alguma vez produzidas da atmosfera de um exoplaneta, estabelecendo um ponto de referência útil para estudar os mais de 6.000 exoplanetas confirmados até agora.
A co-autora, Hannah Wakeford, professora associada de Astrofísica na Universidade de Bristol, disse:”Os planetas são temperamentais, os seus ambientes são complexos e caóticos. O facto de todos estes números se juntarem e nos terem mostrado esta imagem muito estruturada e dinâmica deste enorme mundo a 1.000 anos-luz de distância foi realmente emocionante.”
Uma nova técnica revela características atmosféricas ocultas
A extraordinária sensibilidade de James Webb já permitiu aos cientistas sondar atmosferas alienígenas usando um método chamado mapeamento de eclipses. Esta abordagem examina mudanças subtis na luz à medida que um planeta passa pela sua estrela-mãe, ajudando os investigadores a determinar como as condições variam em todo o planeta.
A nova técnica de “cordas de transmissão”, também chamada de mapeamento de trânsito, examina o lado oposto da órbita do planeta. À medida que um exoplaneta passa em frente da sua estrela, parte da luz da estrela passa através das bordas exteriores da sua atmosfera antes de chegar ao telescópio.
Ao analisar essa luz de diferentes ângulos, os cientistas podem examinar a composição da atmosfera e determinar até que ponto ela se estende em diferentes locais do planeta. Este limite atmosférico externo é conhecido como membro.
Os métodos tradicionais normalmente combinam medições de luz de todo o órgão em um espectro médio. Em vez disso, a nova abordagem separa informações de diferentes regiões, permitindo aos investigadores identificar variações atmosféricas que de outra forma seriam mascaradas.
“Em vez de assumir que a sua atmosfera é um círculo com o mesmo raio em toda a volta, a nossa técnica permite traçar diferentes distâncias do centro até à borda do planeta”, disse o Dr. “Somos capazes de contornar os limites. Então, passamos de um anel para entender onde as gemas estão no anel, por assim dizer.”
Ventos fortes criam uma atmosfera desequilibrada
As novas medições revelaram uma característica particularmente interessante perto do equador do WASP-17b, exactamente onde os modelos anteriores previam que apareceria.
A distorção ocorre no lado “noturno” do planeta, onde poderosos ventos atmosféricos transportam o calor para longe do hemisfério que fica permanentemente voltado para a sua estrela e levam a um hemisfério preso na escuridão.
Este movimento do gás quente faz com que a atmosfera do lado noturno se expanda mais para fora do que o lado mais frio da “manhã”. Como resultado, o perfil atmosférico do planeta não é perfeitamente simétrico.
As descobertas confirmam uma previsão importante sobre as diferenças de temperatura entre essas regiões. As medições de mapeamento de trânsito também apoiaram outros recursos previamente identificados do WASP-17b.
Alderson acrescentou: “A teoria prevê que deverá haver enormes diferenças de temperatura entre a manhã e a noite, e o WASP-17b enquadra-se muito bem nessa tendência – muito melhor do que pensávamos”.
Uma inovação para mapear o clima em planetas distantes
A aplicação bem-sucedida de cadeias de transmissão ao WASP-17b mostra que esta técnica pode ser usada para estudar as atmosferas de muitos outros exoplanetas.
Até recentemente, muito do que os astrónomos conseguiam determinar sobre estas atmosferas distantes provinha de medições calculadas em médias sobre grandes áreas. O novo método fornece uma forma de diferenciar as condições em diferentes latitudes, bem como entre os lados diurno e noturno de um planeta.
Em última análise, esta abordagem poderia ajudar os cientistas a investigar estruturas atmosféricas em escalas menores, aproximando-os do mapeamento de padrões climáticos em mundos além do nosso sistema solar.
Dr Wakeford disse: “Ter este modelo matemático extremamente robusto que podemos aplicar a estes dados de ponta é incrivelmente emocionante. Os resultados são uma demonstração muito bonita da dinâmica que ocorre nestes mundos multidimensionais e multidimensionais.”
O estudo usou observações coletadas pelo programa de observação de tempo garantido Scientific Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres através do telescópio JWST (TDREAMS).
O financiamento foi fornecido pela NASA, Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI), Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC) e Klarman Fellowship.
