Jwst revela atmosferas duplas em planeta a 600 anos-luz da Terra

A uma distância de 600 anos-luz da Terra, um gigante planetário está proporcionando aos astrônomos algo que eles nunca haviam presenciado antes: dois céus muito diferentes no mesmo mundo. O planeta, conhecido como WASP-94A b, é um ‘Júpiter quente’, um gás gigante semelhante a Júpiter, mas orbitando muito mais próximo de sua estrela.

Essa configuração já soa extrema, mas novas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) revelam algo ainda mais estranho. O lado da manhã e o lado da noite do planeta não apenas diferem em temperatura, mas parecem ter atmosferas distintas — ou, pelo menos, atmosferas que se apresentam de maneiras muito diferentes quando a luz da estrela as atravessa.

No lado mais frio da manhã, nuvens minerais altas parecem bloquear grande parte do sinal químico abaixo. No lado mais quente da noite, os céus parecem muito mais claros, permitindo que o vapor d’água apareça fortemente nos dados. Mesmo planeta, mesma atmosfera, duas leituras muito diferentes.

As descobertas, publicadas na revista Science, vêm de uma equipe internacional liderada pela Universidade Johns Hopkins, que usou o JWST para estudar o planeta durante um trânsito, o momento em que o planeta passa em frente à sua estrela do nosso ponto de vista.

Esta é uma das melhores técnicas que os astrônomos têm para estudar planetas que não podem ser vistos diretamente. Quando um planeta cruza sua estrela, um pequeno pedaço de luz estelar filtra-se através da atmosfera do planeta antes de atingir o telescópio. Moléculas nessa atmosfera absorvem certas cores de luz. O vapor d’água deixa um tipo de impressão digital, o dióxido de carbono deixa outra, enquanto o metano, sódio e outras substâncias químicas deixam suas próprias marcas.

Essa técnica, chamada espectroscopia de transmissão, tornou-se uma das principais formas pelas quais os cientistas estudam as atmosferas de exoplanetas. Normalmente, no entanto, o resultado é tratado como um sinal único combinado de um anel fino de atmosfera ao redor do planeta. Isso faz sentido quando o sinal é fraco e o planeta está a centenas de anos-luz de distância. Mas os Jupiters quentes não são lugares calmos e uniformes. Eles são bombardeados por radiação em um lado e resfriados pela escuridão no outro. Seus ventos podem correr ao redor do planeta, carregando calor e nuvens de um hemisfério para o próximo.

Os pesquisadores queriam saber se o JWST poderia separar esses dois lados. Acontece que ele pode. À medida que o WASP-94A b começa seu trânsito, a primeira parte da atmosfera a cruzar a estrela é o lado da manhã, que está girando para fora do lado noturno mais frio do planeta. Quando o trânsito termina, a última parte da atmosfera a deixar a estrela é o lado da noite, que passou horas exposto ao lado diurno fornalha do planeta.

A diferença entre esses dois lados ficou clara. O lado da manhã apresentou um espectro achatado, o tipo de sinal abafado que os astrônomos esperam quando nuvens altas bloqueiam a luz de alcançar camadas atmosféricas mais profundas. O lado da noite mostrou um espectro muito mais limpo, incluindo uma forte assinatura de vapor d’água. O Espectrógrafo Imager Próximo Infravermelho e Sem Fenda do JWST tornou essa medição possível. O instrumento pode capturar comprimentos de onda próximos ao infravermelho, onde a água e outras moléculas deixam marcas fortes. Também pode medir mudanças muito pequenas em brilho — o tipo de precisão necessária para dividir a atmosfera de um planeta em partes da manhã e da noite a 600 anos-luz de distância.

As nuvens são parte da história. Por anos, os cientistas se questionaram sobre o que bloqueava a visão em muitas atmosferas de Jupiters quentes. Alguns suspeitaram de nevoeiro fotoquímico, um material semelhante a fuligem criado quando a radiação estelar desintegra moléculas na atmosfera superior. Outros apontaram para nuvens minerais, formadas por partículas que condensam quando as temperaturas caem. O WASP-94A b parece favorecer a segunda explicação. A equipe criou modelos climáticos 3D, que sugerem que as nuvens se formam no lado noturno mais frio do planeta. Ventos poderosos então as carregam em direção ao lado da manhã. À medida que essas nuvens se movem para o lado diurno mais quente, elas evaporam. Quando a atmosfera chega ao lado da noite, grande parte da cobertura de nuvens se dissipou, permitindo que o vapor d’água se destaque.

A diferença de temperatura impulsionando esse ciclo é extrema, oscilando em torno de aproximadamente 260 graus Fahrenheit (126 graus Celsius) entre os lados mais frios e mais quentes. Até agora, os astrônomos frequentemente tiveram que simplificar as atmosferas dos exoplanetas. Eles tomam um sinal combinado e constroem um modelo que trata a atmosfera como mais ou menos uniforme. Isso não é negligência. Por anos, os dados muitas vezes deixaram pouca escolha. Felizmente, agora o JWST está mudando isso. O WASP-94A b mostra que um único espectro médio pode esconder diferenças significativas. Em alguns planetas, a média pode não descrever bem nem o lado da manhã nem o lado da noite. Pode ser um compromisso que suaviza o tempo real. Isso não significa que os estudos antigos de repente se tornem inúteis. Significa que algumas atmosferas de Jupiters quentes podem precisar ser reexaminadas com modelos mais complexos, especialmente quando as nuvens e o calor variam fortemente em todo o planeta. Segundo revelou uma pesquisa, o JWST está transformando nossa compreensão desses mundos distantes.