JWST revela a divisão de nuvens em WASP-94A b

Astrónomos que investigam atmosferas de exoplanetas distantes convivem com um obstáculo teimoso: as nuvens. Elas espalham a luz, embaralham as medições e costumam estar por toda a parte nos gigantes gasosos quentes, que são justamente os alvos mais fáceis de observar.

Para contornar isso, a solução mais comum tem sido juntar tudo numa média e interpretar o sinal resultante.

Um novo conjunto de observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) indica que esse método vinha produzindo valores bastante imprecisos.

Num gigante gasoso a 700 anos-luz, o lado da manhã fica soterrado sob nuvens minerais espessas, enquanto o céu do lado da tarde está quase totalmente limpo.

Os cientistas nunca tinham confirmado essa divisão com clareza - e ela parece ter distorcido leituras químicas durante mais de uma década.

Encontrando WASP-94A b

O planeta chama-se WASP-94A b. Ele pertence à classe dos Júpiteres Quentes (Hot Jupiters) - gigantes gasosos que orbitam tão perto das suas estrelas que as temperaturas diurnas passam facilmente de 538 °C.

Muitos são travados por maré, com uma face permanentemente voltada para o calor e a outra mergulhada numa noite eterna.

Até este estudo, mundos assim eram vistos como uma única massa desfocada. Durante um trânsito, a luz da estrela que atravessa a atmosfera do planeta trazia sinais da manhã e da tarde misturados, como se fossem um só. Os astrónomos obtinham uma média - não um retrato.

David Sing passou 20 anos a lidar com dados de exoplanetas encobertos por nuvens. Professor Distinto Bloomberg de Ciências da Terra e Planetárias na Johns Hopkins University (JHU), ele liderou a equipa responsável pela nova medição.

Com o JWST, o grupo de Sing conseguiu medir separadamente as bordas dianteira e traseira do planeta enquanto ele atravessava a estrela.

Separando manhã e tarde em WASP-94A b

A abordagem tira partido da geometria do trânsito. À medida que WASP-94A b passa em frente à sua estrela, a borda dianteira surge primeiro - o lado da manhã, onde o ar flui da noite mais fria para o dia mais quente. Já a borda traseira, que desaparece por último, corresponde ao lado da tarde.

O Telescópio Espacial Hubble não conseguia isolar essas regiões. As medições acabavam por integrar todo o disco, deixando nuvens e céu limpo sobrepostos no mesmo sinal. Com instrumentos mais precisos, o JWST permitiu que os investigadores observassem cada metade separadamente.

“"O que vimos foi uma verdadeira dicotomia entre o tempo dos dois lados do planeta, e enormes diferenças na cobertura de nuvens, e isso muda toda a nossa imagem do planeta"”, disse Sing.

Tempo feito de rocha

Nuvens densas de manhã. Céu aberto ao fim do dia. A diferença de temperatura entre as duas metades atingiu pelo menos 278 °C - suficiente para alimentar químicas totalmente distintas em cada extremidade.

Nada de vapor de água como na Terra. As nuvens em WASP-94A b são feitas de silicato de magnésio - a mesma família de minerais que domina grande parte das rochas da superfície terrestre - além de ferro e sulfeto de magnésio.

É provável que essas nuvens se tenham formado a partir de rocha vaporizada, que arrefeceu e subiu para a atmosfera. O ar da manhã está carregado desse material. Já no lado da tarde, livre dessas nuvens, surgiram sinais fortes de vapor de água, e a composição química do planeta ficou nítida pela primeira vez.

Onde as nuvens desaparecem

Ainda não se sabe ao certo porque é que o amanhecer é nublado e a tarde fica limpa nesse exoplaneta. Os investigadores apontam duas explicações possíveis - e ambas podem estar a contribuir.

Uma hipótese envolve o vento. Correntes verticais intensas poderiam elevar partículas de nuvem bem acima do lado da manhã e, depois, empurrá-las para baixo no lado diurno quente - enterrando-as em camadas profundas antes de chegarem à borda da tarde.

A outra possibilidade é o calor. Qualquer um dos mecanismos levaria à mesma separação abrupta entre os dois lados.

Reescrevendo a química do planeta

O céu limpo do lado da tarde também mudou a compreensão da química deste mundo. Leituras anteriores do Hubble sugeriam que WASP-94A b era extremamente enriquecido em oxigénio e carbono - centenas de vezes acima dos níveis medidos em Júpiter.

Essa estimativa contrariava teorias existentes sobre como planetas gigantes se formam.

Ao observar o lado da tarde sem obstrução, a nova medição coloca o enriquecimento em cerca de cinco vezes o nível de Júpiter - um valor perfeitamente compatível com o que se espera para um gigante gasoso deste tipo.

Os investigadores atribuíram o aparente erro de 100 vezes às nuvens, que confundiram os dados anteriores - um problema que um estudo posterior também identificou noutros exoplanetas.

Sagnick Mukherjee, primeiro autor do estudo e hoje pós-doutorando na Arizona State University, afirmou que a diferença se resume a observar um lado de cada vez. Os números antigos não estavam exactamente errados; estavam ilegíveis.

Nuvens em mundos alienígenas

WASP-94A b não é um caso isolado. A equipa aplicou a mesma técnica a outros oito gigantes gasosos quentes e encontrou mais dois com a mesma divisão entre manhã e tarde: WASP-39 b e WASP-17 b.

Há muito que os astrónomos debatem se as partículas em suspensão nesses planetas se formam por minerais condensados ou por reacções químicas impulsionadas pela luz estelar.

Agora, três planetas apontam para a mesma resposta: minerais condensados, e não neblina fotoquímica.

Em mundos menores, o problema é ainda mais severo. As nuvens podem ter um papel ainda maior em exoplanetas rochosos e do tamanho de Neptuno na zona habitável - a faixa orbital em torno de uma estrela onde a água líquida pode ser possível.

Qualquer busca por sinais químicos de vida terá primeiro de ultrapassar partículas em suspensão que bloqueiam o sinal.

A equipa pretende aplicar esta abordagem a uma variedade mais ampla de planetas na próxima etapa, incluindo um gigante gasoso que orbita dentro da zona habitável da sua estrela. A visão turva de atmosferas distantes está, finalmente, a começar a ficar mais clara.