Agora em 3D, mapas começam a colocar os exoplanetas em foco

Os astrónomos criaram o primeiro mapa tridimensional de um planeta em órbita de outra estrela, revelando uma atmosfera com zonas distintas de temperatura - uma delas tão abrasadora que decompõe o vapor de água.  

 Impressão de artista de WASP-18b, um gigante gasoso conhecido como um "Júpiter ultraquente". Crédito: NASA/JPL-Caltech (K. Miller/IPAC) 

O mapa de temperatura de WASP-18b - um gigante gasoso conhecido como um "Júpiter ultraquente", situado a 400 anos-luz da Terra - é o primeiro a aplicar uma técnica chamada mapeamento de eclipse 3D, ou mapeamento espetroscópico de eclipse. O esforço baseia-se num modelo 2D que membros da mesma equipa publicaram em 2023, que demonstrou o potencial do mapeamento de eclipse para alavancar observações altamente sensíveis do Telescópio Espacial James Webb da NASA.

Os investigadores dizem que, para muitos tipos semelhantes de exoplanetas observáveis pelo Webb, podem agora começar a mapear as variações atmosféricas da mesma forma que, por exemplo, os telescópios terrestres há muito tempo observam a Grande Mancha Vermelha de Júpiter e a estrutura de nuvens em banda.

"O mapeamento de eclipse permite-nos obter imagens de exoplanetas que não conseguimos ver diretamente, porque as suas estrelas hospedeiras são demasiado brilhantes", disse Ryan Challener, pós-doutorado da Universidade de Cornell. "Com este telescópio e esta nova técnica, podemos começar a compreender os exoplanetas da mesma forma que os nossos vizinhos do Sistema Solar".

Challener é o primeiro autor de um novo artigo científico publicado no passado dia 28 de outubro na revista Nature Astronomy. Entre os mais de 30 coautores contam-se Megan Wiener Mansfield, professora assistente de astronomia na Universidade de Maryland, que coliderou o projeto, e Jake Turner, investigador no Centro Cornell de Astrofísica e Ciência Planetária.

Detetar exoplanetas é difícil - normalmente emitem muito menos de 1% do brilho de uma estrela hospedeira. O mapeamento de eclipse requer a medição de pequenas frações desse total à medida que um planeta passa atrás da sua estrela, obscurecendo e revelando partes dele ao longo do percurso. Os cientistas podem associar alterações minúsculas na luz a regiões específicas para produzir um mapa de brilho que, quando feito em várias cores, pode ser convertido em temperaturas e em três dimensões: latitude, longitude e altitude.

"Estamos a procurar mudanças em pequenas porções do planeta à medida que desaparece e reaparece", disse Challener, "de modo que é um desafio extraordinário".

WASP-18b - que tem aproximadamente a massa de 10 Júpiteres, completa uma órbita em apenas 23 horas e tem temperaturas perto dos 2750º C - forneceu um sinal relativamente forte, tornando-o um bom teste para a nova técnica de mapeamento. 

Enquanto o mapa 2D anterior utilizava um único comprimento de onda de luz, ou cor, o mapa 3D reanalisou as mesmas observações do instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) do JWST em muitos comprimentos de onda. Challener disse que cada cor correspondia a diferentes temperaturas e altitudes dentro da atmosfera de WASP-18b, que podiam ser reunidas para criar o mapa 3D.

"Se construirmos um mapa num comprimento de onda que a água absorve, veremos o 'convés de água' na atmosfera, enquanto um comprimento de onda que a água não absorve irá sondar mais profundamente", disse Challener. "Se os juntarmos, podemos obter um mapa 3D das temperaturas nesta atmosfera".

A nova vista confirmou regiões espetroscopicamente distintas - que diferem em temperatura e possivelmente em composição química - no "lado diurno" visível de WASP-18b, o lado sempre virado para a estrela devido ao acoplamento de maré. O planeta apresenta um "ponto quente" circular onde incide a luz estelar mais direta e onde os ventos aparentemente não são suficientemente fortes para redistribuir o calor. À volta do ponto quente há um "anel" mais frio perto das orlas visíveis exteriores do planeta, ou limbos. Segundo Challener, as medições revelaram níveis mais baixos de vapor de água no ponto quente do que na média de WASP-18b.

"Pensamos que isso é evidência de que o planeta é tão quente nesta região que está a começar a decompor a água", disse Challener. "Isto tinha sido previsto pela teoria, mas é realmente excitante ver isto com observações reais".

Challener disse que observações adicionais pelo Webb podem ajudar a melhorar a resolução espacial do primeiro mapeamento de eclipse 3D. A técnica já pode ajudar a iluminar os mapas de temperatura de outros Júpiteres quentes, que constituem centenas dos mais de 6000 exoplanetas confirmados até à data.

"Esta nova técnica vai ser aplicável a muitos, muitos outros planetas que podemos observar com o Telescópio Espacial James Webb", disse Challener. "Podemos começar a compreender os exoplanetas em 3D como uma população, o que é muito excitante".

Astronomia OnLine