JWST revela divisão manhã-noite nas nuvens de WASP-94A b

Astrónomos que estudam a atmosfera de um exoplaneta distante esbarram num obstáculo recorrente: nuvens. Elas espalham a luz, embaralham as medições e, nos gigantes gasosos quentes - os alvos mais fáceis de observar - parecem estar por todo o lado.

Para contornar o problema, a solução mais comum tem sido fazer uma média de tudo e interpretar o sinal resultante.

Um novo conjunto de observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) indica, porém, que essa estratégia vinha a gerar valores bastante imprecisos.

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

Os cientistas nunca tinham confirmado antes essa divisão, e ela aparenta ter distorcido leituras químicas por mais de uma década.

Encontrando WASP-94A b

O planeta chama-se WASP-94A b. Ele pertence a uma classe conhecida como Júpiteres quentes - gigantes gasosos que orbitam tão perto das suas estrelas que as temperaturas diurnas passam com folga de 1.000°F (cerca de 540°C).

Muitos são bloqueados por maré, com uma face sempre voltada para o calor e a outra mergulhada em escuridão permanente.

Antes deste estudo, mundos assim apareciam como um único borrão. Durante um trânsito, a luz da estrela filtrada pela atmosfera trazia sinais de manhã e fim de tarde misturados; os astrónomos obtinham uma média, não um retrato.

David Sing passa há 20 anos a lidar com dados de exoplanetas cobertos por nuvens. Como Bloomberg Distinguished Professor de Ciências da Terra e Planetárias na Universidade Johns Hopkins (JHU), ele liderou a equipa por trás da nova medição.

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

Separando manhã de fim de tarde

A técnica tira partido da geometria do trânsito. À medida que WASP-94A b passa à frente da estrela, a sua borda dianteira surge primeiro - o lado da manhã, onde o ar flui do lado nocturno mais frio para o lado diurno mais quente. Já a borda traseira, que desaparece por último, corresponde ao lado do fim de tarde.

O Telescópio Espacial Hubble não conseguia separar essas regiões. As suas medições faziam a média do disco inteiro, deixando céus limpos e camadas de nuvens indistintos. Os instrumentos mais precisos do JWST permitiram aos investigadores medir cada metade por conta própria.

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

Tempo feito de rocha

Nuvens densas pela manhã. Céu claro no fim de tarde. A diferença de temperatura entre as duas metades atingiu pelo menos 500°F (aproximadamente 280°C) - grande o suficiente para sustentar químicas completamente distintas em cada borda.

Nada de vapor de água como na Terra. As nuvens de WASP-94A b são compostas por silicato de magnésio - a mesma família de minerais presente na maior parte das rochas da superfície terrestre - além de ferro e sulfureto de magnésio.

A hipótese é 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 do fim de tarde, livre das nuvens, surgiram sinais fortes de vapor de água, e a composição química do planeta apareceu com clareza pela primeira vez.

Onde as nuvens desaparecem

Por que a manhã traz nuvens enquanto o fim de tarde fica limpo no exoplaneta continua em aberto. Os investigadores apontaram duas explicações possíveis, e ambas podem estar a contribuir.

Uma possibilidade 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 que alcancem a borda do fim de tarde.

A outra possibilidade é o calor. Qualquer um dos mecanismos produziria a mesma separação nítida.

Reescrevendo a química do planeta

O céu limpo do fim de tarde também reformulou a compreensão dos cientistas sobre a química deste planeta. 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 usar a porção não obstruída do lado do fim de tarde, a nova medição situa o enriquecimento em cerca de cinco vezes o nível de Júpiter - plenamente dentro do intervalo esperado para um gigante gasoso deste tipo.

Os investigadores atribuíram o aparente erro de 100 vezes a nuvens que confundiam os dados antigos - um problema que um estudo posterior também identificou noutros exoplanetas.

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

Nuvens por 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 fim de tarde: WASP-39 b e WASP-17 b.

Há muito tempo os astrónomos discutiam se as partículas suspensas nesses planetas se formavam por minerais condensados ou por reacções químicas impulsionadas pela luz da estrela.

Três planetas agora apontam para a mesma resposta: minerais condensados, e não neblina fotoquímica.

Em mundos menores, o problema tende a ser 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 pode haver água líquida.

Qualquer busca por sinais químicos de vida primeiro terá de superar partículas suspensas que bloqueiam o sinal.

A equipa pretende aplicar essa abordagem a uma gama mais ampla de planetas em seguida, incluindo um gigante gasoso que orbita dentro da zona habitável da sua estrela. A visão enevoada de atmosferas distantes, enfim, começa a ganhar nitidez.