Webb investiga o nascer e o pôr estelar eternos num mundo distante

Investigadores, utilizando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, confirmaram finalmente o que os modelos previam: um exoplaneta tem diferenças na sua atmosfera, onde é eternamente manhã e onde é eternamente noite. WASP-39 b, um planeta gigante com um diâmetro 1,3 vezes superior ao de Júpiter, mas com uma massa semelhante à de Saturno, que orbita uma estrela a cerca de 700 anos-luz de distância da Terra, sofre acoplamento de maré. Isto significa que tem um lado diurno constante e um lado noturno constante – um lado do planeta está sempre exposto à sua estrela, enquanto o outro está sempre envolto em escuridão.

Usando o espetrógrafo NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb, os astrónomos confirmaram uma diferença de temperatura entre a manhã e a noite eternas em WASP-39 b, com a noite a parecer mais quente cerca de 200 graus Celsius. Também encontraram evidências de diferentes coberturas de nuvens, com a secção da manhã eterna provavelmente mais nublada do que a da noite eterna.

Os astrónomos analisaram o espetro de transmissão de 2 a 5 micrómetros de WASP-39 b, uma técnica que estuda o terminador do exoplaneta, a fronteira que separa o lado diurno do lado noturno do planeta. Um espetro de transmissão é feito comparando a luz estelar filtrada através da atmosfera de um planeta à medida que este se move em frente da estrela, com a luz estelar não filtrada detetada quando o planeta está ao lado da estrela. Ao fazer esta comparação, os investigadores podem obter informações sobre a temperatura, a composição e outras propriedades da atmosfera do planeta.

“WASP-39 b tornou-se uma espécie de planeta de referência no estudo das atmosferas exoplanetárias com o Webb”, disse Néstor Espinoza, investigador de exoplanetas no STScI (Space Telescope Science Institute) e autor principal do estudo. “Tem uma atmosfera inflada e inchada, pelo que o sinal proveniente da luz estelar filtrada através da atmosfera do planeta é bastante forte.”

Os espetros da atmosfera de WASP-39b, publicados anteriormente pelo Webb, que revelaram a presença de dióxido de carbono, dióxido de enxofre, vapor de água e sódio, representam toda a fronteira dia/noite – não houve nenhuma tentativa detalhada de diferenciar um lado do outro.

Agora, a nova análise constrói dois espetros diferentes da região do terminador, dividindo essencialmente a fronteira dia/noite em dois semicírculos, um da noite e outro do dia. Os dados revelam que a noite é significativamente mais quente, com uns abrasadores 800 graus Celsius, e o dia é relativamente mais fresco, com 600 graus Celsius.

“É realmente espantoso o facto de sermos capazes de analisar esta pequena diferença, e isso só é possível devido à sensibilidade do Webb nos comprimentos de onda do infravermelho próximo e aos seus sensores fotométricos extremamente estáveis”, disse Espinoza. “Qualquer pequeno movimento no instrumento ou no observatório durante a recolha de dados teria limitado seriamente a nossa capacidade de fazer esta deteção. Tem de ser extraordinariamente precisa, e o Webb é exatamente isso.”

A modelagem extensiva dos dados obtidos também permite aos investigadores investigar a estrutura da atmosfera de WASP-39 b, a cobertura de nuvens e a razão pela qual a noite é mais quente. Embora o trabalho futuro da equipa vá estudar a forma como a cobertura de nuvens pode afetar a temperatura, e vice-versa, os astrónomos confirmaram que a circulação de gás à volta do planeta é a principal responsável pela diferença de temperatura em WASP-39 b.

Num exoplaneta altamente irradiado como WASP-39 b, que orbita relativamente perto da sua estrela, os investigadores esperam geralmente que o gás se mova à medida que o planeta gira em torno da sua estrela: o gás mais quente do lado diurno deve mover-se para o lado noturno através de uma poderosa corrente de jato equatorial. Uma vez que a diferença de temperatura é tão extrema, a diferença de pressão atmosférica também será significativa, o que, por sua vez, provoca elevadas velocidades de vento.

Usando Modelos de Circulação Geral, modelos tridimensionais semelhantes aos usados para prever os padrões climáticos na Terra, os investigadores descobriram que em WASP-39 b os ventos predominantes estão provavelmente a mover-se do lado da noite, através do terminador da manhã, para o lado diurno, depois através do terminador da tarde e de volta para o lado noturno. Como resultado, o lado do terminador da manhã é mais frio do que o do lado noturno. Por outras palavras, o lado diurno é atingido por ventos que foram arrefecidos no lado noturno, enquanto o lado noturno é atingido por ventos aquecidos no lado diurno. A investigação sugere que a velocidade do vento em WASP-39 b pode atingir milhares de quilómetros por hora!

“Esta análise é também particularmente interessante porque estamos a obter informação 3D sobre o planeta que não estávamos a obter antes”, acrescentou Espinoza. “Dado que podemos verificar que a fronteira manhã/noite é mais quente, isso significa que é um pouco mais inchada. Por isso, teoricamente, há um pequeno ‘inchaço’ no terminador que separa o dia da noite no planeta.”

Os resultados da equipa foram publicados na revista Nature.

Os investigadores vão agora procurar usar o mesmo método de análise para estudar as diferenças atmosféricas de outros Júpiteres quentes com acoplamento de maré, como parte do Programa GO (General Observer) 3969 do Ciclo 2 do Webb.

WASP-39 b foi um dos primeiros alvos analisados pelo Webb quando este iniciou operações científicas regulares em 2022. Os dados deste estudo foram recolhidos no âmbito do programa ERS (Early Release Science) 1366, concebido para ajudar os cientistas a aprenderem rapidamente a utilizar os instrumentos do telescópio e a alcançarem todo o seu potencial científico.

// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck de Astronomia (comunicado de imprensa)
// Universidade de Chicago (comunicado de imprensa)
// Imperial College London (comunicado de imprensa)
// Universidade de Exeter (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

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