Astrônomos removem a névoa das atmosferas de exoplanetas com novo método de detecção de nuvens

 A descoberta, por pesquisadores da Johns Hopkins, do ciclo diário de nuvens em um planeta Júpiter Quente oferece uma visão única de sua composição e evolução. 

Impressão de artista do exoplaneta WASP-94A b. Crédito: Hannah Robbins/Universidade Johns Hopkins

Todas as manhãs formam-se nuvens de areia, mas estas dissipam-se ao anoitecer no exoplaneta WASP-94A b, um bem estudado gigante gasoso situado a cerca de 700 anos-luz da Terra.

Uma nova investigação, que utiliza dados do Telescópio Espacial James Webb, está entre as primeiras a detetar ciclos de nuvens num exoplaneta do tipo Júpiter quente - um termo utilizado para descrever exoplanetas gigantes gasosos caracterizados por temperaturas extremas e órbitas incrivelmente íntimas em torno das suas estrelas hospedeiras. Ao isolar as nuvens, os investigadores podem medir com maior precisão a atmosfera do planeta e fornecer uma das imagens mais nítidas até à data da composição do planeta - um avanço significativo na ciência planetária.

"Há 20 anos que observo exoplanetas, e a nebulosidade geral tem sido um espinho no nosso lado. Já sabemos há bastante tempo que as nuvens são omnipresentes nos Júpiteres quentes, o que é irritante porque é como tentar olhar para o planeta através de uma janela enevoada", afirmou o coautor e investigador principal do programa, David Sing, professor de Ciências da Terra e Planetárias na Universidade Johns Hopkins. "Não só conseguimos limpar a vista, como finalmente conseguimos determinar de que são feitas as nuvens e como se condensam e evaporam à medida que se movem em torno do planeta".

Os resultados foram publicados na revista Science.

Para estudar WASP-94A b, na direção da constelação de Microscópio, Sing e a sua equipe de investigadores recolheram dados enquanto o planeta passava diretamente à frente da sua estrela. Utilizando o JWST, um telescópio espacial de altíssima capacidade, os investigadores conseguiram efetuar medições separadas da orla dianteira de WASP-94A b, quando este começava a passar à frente da estrela, e da orla traseira, quando o planeta completou o seu trânsito. Na orla dianteira, o ar flui do lado noturno do planeta para o lado diurno. O ar flui do dia para a noite na orla traseira.

As observações revelaram que as manhãs e os fins da tarde em WASP-94A b apresentam padrões meteorológicos extremamente diferentes: as manhãs estão repletas de nuvens feitas de silicato de magnésio, um mineral comum encontrado nas rochas, enquanto o fim da tarde tem céus limpos.

Os investigadores pensam que uma de duas coisas pode estar a acontecer:

Ventos fortes podem elevar as nuvens até às alturas no lado mais frio do planeta e, em seguida, empurrá-las para baixo no lado diurno, mais quente, arrastando-as para as profundezas do interior do planeta e, efetivamente, ocultando-as da vista antes do pôr-do-sol.

Em alternativa, o fenómeno pode ser semelhante ao nevoeiro matinal que se dissipa na Terra, mas numa escala extrema. As nuvens formar-se-iam na escuridão do lado noturno do planeta. À medida que se deslocam para o calor escaldante no lado diurno, as substâncias químicas que constituem as nuvens evaporam-se, e as nuvens simplesmente vaporizam-se.

"Foi uma enorme surpresa. As pessoas esperavam algumas diferenças, como o facto de ser mais fresco de manhã do que à noite - isso é algo natural que sentimos aqui na Terra", disse Sing. "Mas o que vimos foi uma verdadeira dicotomia entre o clima nos dois lados do planeta e enormes diferenças na cobertura de nuvens, e isso altera toda a nossa imagem do planeta".

Como os fins de tarde são livres de nuvens, os investigadores puderam observar especificamente a orla traseira para ver como era a atmosfera do planeta - algo que o telescópio Hubble não conseguia fazer.

"Com o telescópio Hubble, quando fazíamos este tipo de observação, obtínhamos uma imagem média de todo o planeta, com os dados das nuvens e da atmosfera misturados e indistinguíveis", afirmou o primeiro autor, Sagnick Mukherjee, investigador pós-doc na Universidade do Estado do Arizona, que era estudante na Johns Hopkins e na UC Santa Cruz aquando da investigação. "Esta abordagem com o JWST permite-nos localizar as nossas observações, o que nos ajudou a ver o ciclo das nuvens".

Quando os investigadores observaram o céu noturno limpo, descobriram que WASP-94A b era muito mais parecido com Júpiter do que pensavam. Anteriormente, quando as nuvens eram apenas uma média, os dados sugeriam que o planeta era composto por centenas de vezes mais oxigénio e carbono do que Júpiter - uma descoberta que intrigou os investigadores, uma vez que não podia ser explicada pela teoria da formação planetária. Os novos dados, no entanto, mostram que WASP-94A b tem apenas cinco vezes a quantidade de oxigénio e carbono.

Os Júpiteres quentes orbitam muito mais perto das suas estrelas - mais perto até do que Mercúrio do Sol - e, por isso, são muito mais quentes e estão expostos a mais radiação. Devido aos seus ambientes extremos, estes planetas também constituem bons laboratórios para estudar a química e a física da dinâmica das nuvens.

Tomando WASP-94A b como referência, a equipe analisou outros oito gigantes gasosos quentes e descobriu o mesmo ciclo de nuvens característico em dois: WASP-39 b e WASP-17 b. A seguir, Sing e a sua equipa irão utilizar dados de um novo e vasto programa do JWST para estudar os ciclos de nuvens numa ampla variedade de exoplanetas, incluindo um gigante gasoso excêntrico na zona habitável.

Universidade Johns Hopkins