Este conceito artístico mostra como o exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b poderia ser. WASP-43 b é um planeta do tamanho de Júpiter circulando uma estrela a aproximadamente 280 anos-luz de distância, na constelação de Sextans. O planeta orbita a uma distância de cerca de 1,3 milhão de milhas (0,014 unidades astronômicas, ou UA), completando um circuito em cerca de 19,5 horas. Por estar tão perto de sua estrela, WASP-43 b provavelmente está travado por maré: sua taxa de rotação e período orbital são os mesmos, de modo que um lado fica de frente para a estrela o tempo todo.
Medições de temperatura baseadas na quantidade de luz infravermelha média de 5 a 12 mícrons emitida pelo planeta mostram que o lado noturno provavelmente está coberto por nuvens altas e espessas. Medições de espectroscopia indicam a presença de vapor de água tanto no lado diurno quanto no noturno. Mas como está muito quente para que exista água líquida, as nuvens provavelmente são feitas de pequenos grãos minerais em vez de gotículas de água. Uma surpreendente falta de metano no lado noturno sugere que fortes ventos de leste estão misturando gases atmosféricos ao redor do planeta. Esta ilustração é baseada em novos dados coletados pelo Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do Webb, bem como observações anteriores de outros telescópios terrestres e espaciais, incluindo o Hubble e o Spitzer. Webb não capturou nenhuma imagem do planeta. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Cientistas usaram o Telescópio James Webb para estudar WASP-43b, encontrando nuvens de alta altitude e grandes diferenças de temperatura entre seus lados diurno e noturno. Suas descobertas fornecem insights sobre o clima extremo do planeta e a dinâmica atmosférica.
Jasmina Blecic, uma cientista pesquisadora da NYU Abu Dhabi, juntamente com o professor associado Ian Dobbs-Dixon do Centro de Astrofísica e Ciência Espacial (CASS) e do Telescópio Espacial James Webb A equipe de Ciência de Liberação Antecipada de Exoplanetas em Trânsito (JTEC-ERS) utilizou NASATelescópio James Webb da NASA revelará novos detalhes sobre a atmosfera de um planeta gigante exoplanetasemelhante em tamanho a Júpiter. Isso inclui observações inovadoras das nuvens carregadas de poeira do planeta.
Em um estudo publicado recentemente em Astronomia da Naturezaos pesquisadores detalham como testaram as capacidades incomparáveis do Instrumento de Infravermelho Médio de Webb (MEU DEUS) e observaram toda a órbita do WASP-43b, um exoplaneta gigante cheio de gás. Essas observações de “curva de fase”, conduzidas durante o ano inaugural de Webb, revelaram a distribuição de temperatura em todo o planeta e lançaram luz sobre o clima planetário. Os pesquisadores encontraram nuvens espessas e uma surpreendente falta de metano no lado noturno do planeta, e presença onipresente de água em toda a sua atmosfera. Esta é a primeira vez que nuvens foram inferidas no lado noturno do planeta; elas foram encontradas em altitudes muito maiores na atmosfera planetária em comparação com nuvens típicas observadas na Terra.
Características Planetárias e Órbita
WASP-43b compartilha um tamanho e massa comparáveis com Júpiter, mas diverge significativamente em suas características planetárias. Sua estrela hospedeira, WASP-43A, é muito mais fria e vermelha que nosso sol e está a cerca de 86 anos-luz de distância da Terra. WASP-43b orbita muito perto de sua estrela, resultando em um ano que dura apenas 19,5 horas. Essa proximidade faz com que a rotação do planeta sincronize com sua órbita, com um lado sempre voltado para a estrela, semelhante ao bloqueio de maré observado com nossa lua. Como resultado, metade do planeta (lado diurno) é permanentemente iluminada e muito quente, enquanto a outra metade (lado noturno) é permanentemente sombreada e muito mais fria.
“Observamos este planeta enquanto ele orbita em torno de sua estrela usando um espectrômetro infravermelho para que pudéssemos estudar a luz que emerge das diferentes regiões de sua atmosfera”, disse Blecic. “Isso nos permitiu distinguir entre as temperaturas diurnas e noturnas, e identificar a presença de nuvens e várias moléculas. Diferentes substâncias químicas espécies absorver luz em diferentes comprimentos de onda no infravermelho. Combinando esse fato com observações de toda a órbita, fomos capazes de restringir a composição química, a cobertura de nuvens e a redistribuição de calor por toda a atmosfera e tirar conclusões sobre o clima do planeta.”
A equipe descobriu que o lado diurno permanentemente iluminado do WASP-43b é tão quente quanto 2285°F (1250°C), enquanto o lado noturno do planeta, embora permanentemente sombreado, ainda é muito quente, 1115°F (600°C).
Clima Extremo e Dinâmica Atmosférica
“A ausência de luz solar direta no lado noturno do planeta causa diferenças significativas de temperatura entre os lados diurno e noturno, o que estimula a formação de ventos excepcionalmente fortes”, disse Dobbs-Dixon, especialista em modelos atmosféricos tridimensionais e redistribuição de calor de atmosferas exoplanetárias. “Enquanto os ventos na Terra se formam de maneira semelhante devido a variações de temperatura, a proximidade de WASP-43b com sua estrela hospedeira resulta em diferenças de temperatura muito mais extremas. Isso produziu ventos de milhares de quilômetros por hora, superando em muito os da Terra, cruciais para a distribuição de calor e moldando o clima planetário geral.”
Além disso, comparações do mapa de temperatura do planeta com modelos atmosféricos 3D complexos demonstraram que esse contraste de temperatura é mais forte do que o esperado para uma atmosfera sem nuvens. Isso sugere que o lado noturno do planeta está envolto em uma espessa camada de nuvens que bloqueia grande parte da radiação infravermelha que, de outra forma, seria observada. Ao contrário das nuvens de água da Terra, as nuvens neste planeta extremamente quente se assemelham a poeira e são compostas de rochas e minerais.
Surpreendentemente, apesar dessa espessa camada de nuvens, a equipe do JTEC-ERS também detectou sinais claros de água no lado noturno do planeta. Isso permitiu que eles determinassem, pela primeira vez, a altura e a espessura das nuvens, revelando sua altitude e densidade incomuns em comparação com as nuvens da Terra. Os pesquisadores também detectaram uma mistura impulsionada pelo vento, chamada de “desequilíbrio químico”, que transporta gás rapidamente por toda a atmosfera do planeta e resulta em química atmosférica uniforme.
Referência: “Nuvens noturnas e química de desequilíbrio no quente Júpiter WASP-43b” por Taylor J. Bell, Nicolas Crouzet, Patricio E. Cubillos, Laura Kreidberg, Anjali AA Piette, Michael T. Roman, Joanna K. Barstow, Jasmina Blecic, Ludmila Carone, Louis-Philippe Coulombe, Elsa Ducrot, Mark Hammond, João M. Mendonça, Julianne I. Moses, Vivien Parmentier, Kevin B. Stevenson, Lucas Teinturier, Michael Zhang, Natalie M. Batalha, Jacob L. Bean, Björn Benneke , Benjamin Charnay, Katy L. Chubb, Brice-Olivier Demory, Peter Gao, Elspeth KH Lee, Mercedes López-Morales, Giuseppe Morello, Emily Rauscher, David K. Sing, Xianyu Tan, Olivia Venot, Hannah R. Wakeford, Keshav Aggarwal , Eva-Maria Ahrer, Munazza K. Alam, Robin Baeyens, David Barrado, Claudio Caceres, Aarynn L. Carter, Sarah L. Casewell, Ryan C. Challener, Ian JM Crossfield, Leen Decin, Jean-Michel Désert, Ian Dobbs- Dixon, Achrène Dyrek, Néstor Espinoza, Adina D. Feinstein, Neale P. Gibson, Joseph Harrington, Christiane Helling, Renyu Hu, Nicolas Iro, Eliza M.-R. Kempton, Sarah Kendrew, Thaddeus D. Komacek, Jessica Krick, Pierre-Olivier Lagage, Jérémy Leconte, Monika Lendl, Neil T. Lewis, Joshua D. Lothringer, Isaac Malsky, Luigi Mancini, Megan Mansfield, Nathan J. Mayne, Thomas M , Evans-Soma, Karan Molaverdikhani, Nikolay K. Nikolov, Matthew C. Nixon, Enric Palle, Dominique JM Petit dit de la Roche, Caroline Piaulet, Diana Powell, Benjamin V. Rackham, Aaron D. Schneider, Maria E. Steinrueck, .Jake Taylor, Luis Welbanks, Sergei N. Yurchenko, Xi Zhang e Sebastian Zieba, 30 de abril de 2024, Astronomia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02230-x