Revelado pela primeira vez em detalhe o lado escuro de um “Júpiter quente”

 

Revelado pela primeira vez em detalhe o lado escuro de um “Júpiter quente”

Um grupo de astrónomos do MIT obteve a mais clara imagem até a data do lado escuro perpétuo de um exoplaneta em acoplamento de maré em relação à sua estrela. As observações, combinadas com medições do lado diurno permanente do planeta, proporcionam a primeira imagem detalhada da atmosfera global de um exoplaneta.

“Estamos agora a conseguir ir mais além da obtenção de instantâneos isolados de regiões específicas das atmosferas de exoplanetas, para as começarmos a estudar como sistemas 3D que na realidade são”, disse Thomas Mikal-Evans, que liderou o estudo como pós-doc no Instituto Kavli de Astrofísica e Investigação Espacial do MIT.

O planeta em que se centra o novo estudo, que foi publicado na revista Nature Astronomy, é WASP-121b, um enorme gigante gasoso com quase o dobro do tamanho de Júpiter. O planeta é um Júpiter ultra quente, descoberto em 2015 a orbitar uma estrela a cerca de 850 anos-luz da Terra. WASP-121b tem uma das órbitas mais curtas até hoje detetadas, girando em torno da sua estrela em apenas 30 horas. Está também em acoplamento de maré, ou rotação sincronizada, o que quer dizer que tem sempre o mesmo lado voltado para a estrela, estando permanentemente iluminado (lado “diurno”), sendo o outro lado permanentemente sombrio (lado “noturno”).

“Os Júpiteres quentes são famosos por terem lados diurnos muito brilhantes, mas o lado noturno é uma fera diferente. O lado noturno de WASP-121b é cerca de 10 vezes mais ténue que o lado diurno”, explicou Tansu Daylan, pós-doutorando do MIT a trabalhar na missão TESS, coautor do estudo.

Os astrónomos já tinham detetado vapor de água e estudado como varia a temperatura atmosférica com a altitude no lado diurno do planeta. Mas o novo estudo obteve uma imagem muito mais detalhada. Os investigadores conseguiram mapear as drásticas alterações de temperatura entre os lados diurno e noturno e ver como variam estas temperaturas com a altitude. Também rastrearam a presença de água na atmosfera para mostrar, pela primeira vez, como circula a água entre os lados diurno e noturno de um planeta.

Enquanto na Terra os ciclos da água consistem na evaporação, condensação em nuvens e depois chuva, em WASP-121b o ciclo da água é muito mais intenso: no lado diurno, os átomos que compõem a água são destruídos a temperaturas acima dos 3000 Kelvin. Estes átomos são transportados para o lado noturno, onde as temperaturas mais frias permitem que os átomos de hidrogénio e oxigénio se recombinem em moléculas de água, que são novamente transportadas para o lado diurno, onde o ciclo recomeça.

A equipa calcula que o ciclo da água do planeta é mantido pelos ventos que fustigam os átomos ao redor do planeta a velocidades até 5 quilómetros por segundo.

Parece, também, que a água não é a única a circular pelo planeta também. Os astrónomos descobriram que o lado noturno é suficientemente frio para albergar nuvens exóticas de ferro e corindo – um mineral que compõe rubis e safiras. Estas nuvens, tal como o vapor de água, podem deslocar-se para o lado diurno, onde as altas temperaturas vaporizam os metais em gás. Pelo caminho, podem produzir-se chuvas exóticas, como gemas líquidas das nuvens de corindo.

“Com esta observação, estamos realmente a obter uma visão global da meteorologia de um exoplaneta”, disse Mikal-Evans.

 

Dia e noite

A equipa observou WASP-121b usando uma câmara espectroscópica a bordo do Telescópio Espacial Hubble da NASA. O instrumento observa a luz de um planeta e da sua estrela e decompõe essa luz nos seus comprimentos de onda, cujas intensidades dão aos astrónomos pistas sobre a temperatura e a composição de uma atmosfera.

Através de estudos espectroscópicos, os cientistas observaram detalhes atmosféricos no lado diurno de muitos exoplanetas.Mas fazer o mesmo para o lado noturno é muito mais complicado, pois exige observar pequenas alterações em todo o espectro do planeta enquanto ele gira à volta da sua estrela.

Para o novo estudo, a equipa observou WASP-121b ao longo de duas órbitas completas – uma em 2018 e outra em 2019. Os investigadores analisaram os dados de luz de ambas as observações em busca de uma linha específica, ou característica espectral, que indicava a presença de vapor de água.

“Vimos esta característica da água e mapeamos as suas alterações em diferentes partes da órbita do planeta”, explicou Mikal-Evans. “Isto codifica a informação sobre como se comporta a temperatura da atmosfera do planeta em função da altitude.”

As alterações na água ajudaram a equipa a traçar o perfil de temperatura dos lados diurno e noturno. Descobriram que o lado diurno varia entre os 2500 K, na sua camada observável mais profunda, e os 3500 K, nas camadas superiores. O lado noturno oscila entre os 1800 K, na sua camada mais profunda, e os 1500 K, na atmosfera superior. Curiosamente, os perfis de temperatura pareciam inverter-se, subindo com a altitude no lado diurno – uma “inversão térmica” em termos meteorológicos – e descendo com a altitude no lado noturno.

Os investigadores passaram os mapas de temperatura por vários modelos para identificar as substâncias químicas que provavelmente existem na atmosfera do planeta, dadas as altitudes e temperaturas específicas.Essa modelação revelou a possibilidade de existirem nuvens de metal, como ferro, corindo e titânio, no lado noturno.

A partir do mapeamento de temperaturas, a equipa observou ainda que a região mais quente do planeta está deslocada para leste da região “subestelar” diretamente abaixo da estrela. Deduziram que esta deslocação se deve a ventos extremos.

“O gás é aquecido no ponto subestelar, mas desloca-se para leste antes de se poder voltar a irradiar para o espaço”, explicou Mikal-Evans.

Pela dimensão do deslocamento, a equipa estima que a velocidade do vento seja de uns 5 quilómetros por segundo.

“Estes ventos são muito mais rápidos que a corrente de jato da Terra e é provável que possam deslocar nuvens por todo o planeta em aproximadamente 20 horas”, disse Daylan, que dirigiu trabalhos anteriores para este planeta usando a missão TESS.

Os astrónomos reservaram tempo do Telescópio Espacial James Webb para observar WASP-121b ainda este ano e esperam mapear as alterações não apenas do vapor de água, mas também do monóxido de carbono, que os cientistas suspeitam poder residir na atmosfera.

“Seria a primeira vez que poderíamos medir uma molécula contendo carbono na atmosfera deste planeta”, disse Mikal-Evans. “A quantidade de carbono e oxigénio na atmosfera dão-nos pistas sobre onde se forma este tipo de planetas.”

 

Fonte da notícia: MIT

Tradução: Teresa Direitinho

 

A “hot Jupiter’s” dark side is revealed in detail for first time

MIT astronomers have obtained the clearest view yet of the perpetual dark side of an exoplanet that is “tidally locked” to its star. Their observations, combined with measurements of the planet’s permanent day side, provide the first detailed view of an exoplanet’s global atmosphere.

“We’re now moving beyond taking isolated snapshots of specific regions of exoplanet atmospheres, to study them as the 3D systems they truly are,” says Thomas Mikal-Evans, who led the study as a postdoc in MIT’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.  […] Read the original article at MIT.