Hubble observa uma atmosfera exoplanetária em mudança

Uma equipe internacional de astrónomos reuniu e reprocessou observações do exoplaneta WASP-121 b que foram recolhidas com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA nos anos de 2016, 2018 e 2019. Isto forneceu-lhes um conjunto de dados único que lhes permitiu não só analisar a atmosfera do WASP 121 b, mas também comparar o estado da atmosfera do exoplaneta ao longo de vários anos. 

Uma impressão artística representando o exoplaneta WASP 121-b. O planeta domina o primeiro plano no lado direito da imagem e aparece com faixas nas cores vermelho, amarelo e laranja. Atrás do planeta está uma grande estrela que parece semelhante em tamanho ao exoplaneta. Crédito: NASA, ESA, Q. Changeat et al., M. Zamani (ESA/Hubble)

Eles encontraram evidências claras de que as observações do WASP-121 b variavam no tempo. A equipa utilizou então técnicas de modelação sofisticadas para demonstrar que estas variações temporais poderiam ser explicadas por padrões climáticos na atmosfera do exoplaneta. 

Observar exoplanetas – planetas além do nosso Sistema Solar – é um desafio, tanto devido à sua distância da Terra como ao facto de orbitarem principalmente estrelas que são muito maiores e mais brilhantes do que os planetas. Isto significa que os astrónomos que conseguiram observar um exoplaneta com um telescópio tão sofisticado como o Hubble normalmente têm de combinar todos os seus dados para obter informação suficiente para fazer deduções confiáveis ​​sobre as propriedades do exoplaneta.

Ao combinar as observações para aumentar a força do sinal do exoplaneta, os astrónomos podem construir uma imagem média da sua atmosfera, mas isto não lhes diz se esta está a mudar. Em outras palavras, eles não podem estudar o clima em outros mundos usando este método de média. Estudar o clima requer muito mais dados de alta qualidade, obtidos durante um período de tempo mais amplo. Felizmente, o Hubble está ativo há um período de tempo tão impressionante que existe um vasto arquivo de dados do Hubble, às vezes com vários conjuntos de observações do mesmo objeto celeste - e isso inclui o exoplaneta WASP-121 b. 

WASP-121 b (também conhecido como Tylos) é um Júpiter quente bem estudado [que orbita uma estrela situada a cerca de 880 anos-luz da Terra, completando uma órbita completa num período muito rápido de 30 horas. A sua proximidade extrema com a sua estrela hospedeira significa que está bloqueado de forma maré  e que o hemisfério voltado para a estrela é muito quente, com temperaturas superiores a 3000 Kelvins. A equipe combinou quatro conjuntos de observações de arquivo de WASP-121 b, todas feitas usando a Wide Field Camera 3 (WFC 3) do Hubble.

O conjunto de dados completo incluiu observações de: WASP-121 b transitando na frente de sua estrela (obtida em junho de 2016); WASP-121 b transitando atrás de sua estrela, também conhecido como eclipse secundário (obtido em novembro de 2016); e duas curvas de fase do WASP-121 b (obtidas em março de 2018 e fevereiro de 2019, respectivamente). A equipe deu o passo único de processar cada conjunto de dados da mesma maneira, mesmo que já tivesse sido processado anteriormente por uma equipe diferente.

O processamento de dados de exoplanetas é demorado e complicado, mas mesmo assim valeu a pena porque permitiu à equipe comparar diretamente os dados processados ​​de cada conjunto de observações entre si. Um dos principais investigadores da equipe, Quentin Changeat, investigador da ESA no Space Telescope Science Institute, elabora:

“Nosso conjunto de dados representa uma quantidade significativa de tempo de observação para um único planeta e é atualmente o único conjunto consistente de tais observações repetidas. As informações que extraímos dessas observações foram usadas para caracterizar (inferir a química, temperatura e nuvens) da atmosfera de WASP-121 b em diferentes momentos. Isto proporcionou-nos uma imagem primorosa do planeta, mudando com o tempo.”

Depois de limpar cada conjunto de dados, a equipe encontrou evidências claras de que as observações do WASP-121 b variavam no tempo. Embora os efeitos instrumentais possam permanecer, os dados mostraram uma aparente mudança no ponto quente do exoplaneta e diferenças na assinatura espectral (que significa a composição química da atmosfera do exoplaneta) indicativas de uma atmosfera em mudança.

Em seguida, a equipe utilizou modelos computacionais altamente sofisticados para tentar compreender o comportamento observado da atmosfera do exoplaneta. Os modelos indicaram que os seus resultados poderiam ser explicados por padrões climáticos quase periódicos, especificamente ciclones massivos que são repetidamente criados e destruídos como resultado da enorme diferença de temperatura entre o lado estrelado e o lado escuro do exoplaneta. Este resultado representa um avanço significativo na potencial observação de padrões climáticos em exoplanetas.

“A alta resolução das nossas simulações da atmosfera de exoplanetas permite-nos modelar com precisão o clima em planetas ultraquentes como WASP-121 b,” explicou Jack Skinner, pós-doutorando no Instituto de Tecnologia da Califórnia e co-líder deste estudo. “Aqui damos um passo significativo ao combinar restrições observacionais com simulações atmosféricas para compreender a variação do tempo nestes planetas.”

“O clima na Terra é responsável por muitos aspectos da nossa vida e, de facto, a estabilidade a longo prazo do clima da Terra e do seu tempo é provavelmente a razão pela qual a vida poderia surgir em primeiro lugar”, acrescentou Changeat. “Estudar o clima dos exoplanetas é vital para compreender a complexidade das atmosferas dos exoplanetas, especialmente na nossa busca por exoplanetas com condições habitáveis.”

Observações futuras com o Hubble e outros telescópios poderosos, incluindo o Webb , fornecerão uma maior visão sobre os padrões climáticos em mundos distantes: e, em última análise, possivelmente para encontrar exoplanetas com climas e padrões climáticos estáveis ​​a longo prazo.

Fonte: esahubble.org