O lado escuro de um "Júpiter quente" é revelado em detalhes pela primeira vez

Sep 18, 2023

21 de fevereiro de 2022

por Jennifer Chu, Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Os astrônomos do MIT obtiveram a visão mais clara até agora do lado escuro perpétuo de um exoplaneta que está "preso por maré" à sua estrela. Suas observações, combinadas com medições do lado diurno permanente do planeta, fornecem a primeira visão detalhada da atmosfera global de um exoplaneta.

“Agora estamos indo além de tirar fotos isoladas de regiões específicas de atmosferas de exoplanetas, para estudá-los como os sistemas 3D que realmente são”, diz Thomas Mikal-Evans, que liderou o estudo como pós-doutorado no Kavli Institute for Astrophysics and Space do MIT. Pesquisar.

O planeta no centro do novo estudo, que aparece na Nature Astronomy, é o WASP-121b, um enorme gigante gasoso com quase o dobro do tamanho de Júpiter. O planeta é um Júpiter ultraquente e foi descoberto em 2015 orbitando uma estrela a cerca de 850 anos-luz da Terra. WASP-121b tem uma das órbitas mais curtas detectadas até o momento, orbitando sua estrela em apenas 30 horas. Ele também é travado por maré, de modo que seu lado "dia" voltado para a estrela está permanentemente torrando, enquanto seu lado "noturno" está voltado para sempre em direção ao espaço.

"Os Júpiteres quentes são famosos por terem lados diurnos muito brilhantes, mas o lado noturno é uma besta diferente. O lado noturno de WASP-121b é cerca de 10 vezes mais fraco que o lado diurno", diz Tansu Daylan, pós-doutorando do TESS no MIT, co-autor o estudo.

Os astrônomos já haviam detectado vapor d'água e estudado como a temperatura atmosférica muda com a altitude no lado diurno do planeta.

O novo estudo captura uma imagem muito mais detalhada. Os pesquisadores conseguiram mapear as dramáticas mudanças de temperatura do lado do dia para a noite e ver como essas temperaturas mudam com a altitude. Eles também rastrearam a presença de água na atmosfera para mostrar, pela primeira vez, como a água circula entre os lados diurno e noturno de um planeta.

Enquanto na Terra os ciclos da água primeiro evaporam, depois se condensam em nuvens e depois chovem, no WASP-121b, o ciclo da água é muito mais intenso: no lado do dia, os átomos que compõem a água são separados em temperaturas acima de 3.000 Kelvin. Esses átomos são soprados para o lado noturno, onde temperaturas mais frias permitem que os átomos de hidrogênio e oxigênio se recombinem em moléculas de água, que então voltam para o lado diurno, onde o ciclo recomeça.

A equipe calcula que o ciclo da água do planeta é sustentado por ventos que chicoteiam os átomos ao redor do planeta a velocidades de até 5 quilômetros por segundo, ou mais de 11.000 milhas por hora.

Parece também que a água não é a única a circular pelo planeta. Os astrônomos descobriram que o lado noturno é frio o suficiente para hospedar nuvens exóticas de ferro e corindo – um mineral que compõe rubis e safiras. Essas nuvens, como o vapor d'água, podem girar para o lado diurno, onde as altas temperaturas vaporizam os metais na forma de gás. No caminho, chuvas exóticas podem ser produzidas, como gemas líquidas das nuvens de corindo.

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

Os co-autores do estudo incluem colaboradores do MIT, Johns Hopkins University, Caltech e outras instituições.

A equipe observou WASP-121b usando uma câmera espectroscópica a bordo do Telescópio Espacial Hubble da NASA. O instrumento observa a luz de um planeta e sua estrela e divide essa luz em seus comprimentos de onda constituintes, cujas intensidades dão aos astrônomos pistas sobre a temperatura e composição de uma atmosfera.

Por meio 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, pois requer observar pequenas mudanças em todo o espectro do planeta enquanto ele circunda sua estrela.

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