doi.org/10.1038/s41550-024-02230-x
Credibilidade: 989
#James Webb
O James Webb continua se superando. No último ato de superação do telescópio, ele examinou um exoplaneta distante para mapear seu clima. A previsão”
Um inferno infindável e escaldante, impulsionado por ventos supersônicos incessantes.
WASP-43b é um Júpiter quente orbitando uma estrela da sequência principal a cerca de 261 anos-luz de distância.
Tem um raio ligeiramente maior que Júpiter e é cerca de duas vezes mais massivo.
Ele orbita sua estrela em menos de 20 horas e está a apenas 2,1 milhões de quilômetros de distância dela.
Isso significa que ele está travado de forma maré na estrela, com um lado voltado para toda a radiação e o outro permanentemente escuro.
Isto não é incomum em exoplanetas gigantes gasosos.
Eles geralmente estão próximos às estrelas e não giram.
A descoberta do WASP-43b foi anunciada em 2011.
Desde então, os astrônomos estudaram-no extensivamente.
Em 2019, os investigadores capturaram o seu espectro e relataram água nas suas nuvens.
Por outro lado, nenhum metano, dióxido de carbono ou monóxido de carbono foram detectados.
Outras pesquisas mostraram que as partículas minerais dominam suas nuvens.
O Telescópio Espacial Hubble foi o grande responsável por estes resultados; outros telescópios como o Spitzer também contribuíram.
Os cientistas sabiam que quando o James Webb fosse lançado, ele eventualmente voltaria seus olhos para o WASP-43b.
“Ter um período orbital curto e estar bloqueado pela maré torna o WASP-43b um candidato ideal para observações do James Webb”, explicaram os autores de um artigo de 2020.
“As observações da curva de fase de uma órbita inteira permitirão o mapeamento da estrutura atmosférica em todo o planeta, com diferentes comprimentos de onda de observação permitindo que diferentes profundidades atmosféricas sejam vistas.” O seu artigo antecipou o que o James Webb poderia encontrar e como as suas observações poderiam ser compreendidas.
Agora, estamos no futuro, e o James Webb deu uma olhada no WASP-43b e capturou observações mais detalhadas do que nunca.
As poderosas capacidades infravermelhas do telescópio espacial mediram o calor em ambos os lados do planeta e permitiram o mapeamento da estrutura atmosférica do planeta, tal como afirmaram os autores do artigo de 2020.
“O fato de podermos mapear a temperatura desta forma é uma verdadeira prova da sensibilidade e estabilidade do Webb.” Michael Roman, Universidade de Leicester.
Um novo artigo na Nature Astronomy apresenta os resultados.
É intitulado “Nuvens noturnas e química de desequilíbrio no Júpiter quente WASP-43b”.
O autor principal é Taylor Bell, pesquisador do Bay Area Environmental Research Institute.
“Com o Hubble, pudemos ver claramente que há vapor de água no lado diurno.
Tanto o Hubble quanto o Spitzer sugeriram que poderia haver nuvens no lado noturno”, explicou o autor principal, Bell.
“Mas precisávamos de medições mais precisas do Webb para realmente começar a mapear a temperatura, a cobertura de nuvens, os ventos e uma composição atmosférica mais detalhada em todo o planeta.” Apesar de seu poder, o James Webb não consegue ver diretamente o WASP-43b.
Em vez disso, utiliza espectroscopia de curva de fase.
A espectroscopia de curva de fase mede a luz do planeta e da estrela ao longo do tempo, detectando pequenas mudanças na luz de ambos à medida que o planeta orbita a estrela.
Como o James Webb detecta luz infravermelha, que é emitida dependendo do calor de um objeto, os dados de brilho variável do telescópio expressam a temperatura do planeta.
O espectrômetro MIRI do James Webb capturou a curva de fase do WASP-43b.
O planeta fica mais quente quando está no lado oposto da estrela e seu lado iluminado está voltado para o telescópio.
O telescópio vê o lado escuro mais frio quando o planeta está deste lado da estrela e transitando na frente dela.
“Ao observar uma órbita inteira, fomos capazes de calcular a temperatura dos diferentes lados do planeta à medida que eles giravam até aparecerem”, explicou Bell.
“A partir disso, poderíamos construir um mapa aproximado da temperatura em todo o planeta.” Para colocar os dados em perspectiva, os pesquisadores compararam a curva de fase do WASP-43b com simulações do Modelo de Circulação Geral (GCM).
Os dados da curva de fase do James Webb corresponderam mais a um GCM nublado do que a um GCM sem nuvens.
“Os modelos nublados são capazes de suprimir as emissões noturnas e combinar melhor os dados”, explicam os autores em seu artigo.
Os pesquisadores usaram dados infravermelhos detalhados para construir um mapa de temperatura do exoplaneta.
O lado diurno tem uma temperatura média de cerca de 1.250 Celsius (2.300 F), que é quase quente o suficiente para forjar ferro.
Mas o lado noturno provavelmente tem uma espessa camada de nuvens de alta altitude que retêm parte do calor.
Essas nuvens fazem o lado noturno parecer mais frio do que realmente é.
É muito mais frio, cerca de 600 graus Celsius (1.100 graus Fahrenheit), mas ainda quente o suficiente para derreter o alumínio.
“O fato de podermos mapear a temperatura desta forma é uma verdadeira prova da sensibilidade e estabilidade de Webb”, disse Michael Roman, coautor da Universidade de Leicester, no Reino Unido.
Os investigadores também mapearam um ponto quente na atmosfera de WASP-43b, o que os ajudou a avaliar os ventos ferozes do exoplaneta.
O ponto quente fica a leste do ponto que recebe mais luz estelar.
Isso significa que ventos fortes estão movendo o gás aquecido.
O espectro do James Webb também permitiu aos pesquisadores medir a presença de vapor de água (H2O) e metano (CH4).
“Webb nos deu a oportunidade de descobrir exatamente quais moléculas estamos vendo e colocar alguns limites nas abundâncias”, disse Joanna Barstow, co-autora da Open University no Reino Unido, Webb encontrou vapor de água no lado diurno e noturno, indicando a espessura e a elevação das nuvens.
No entanto, o telescópio detectou ausência de metano (CH4), o que é incomum.
O calor extremo no lado diurno significa que o carbono está na forma de monóxido de carbono (CO).
Mas a noite mais fria deve conter metano estável.
Por que não está lá? Ventos fortes são os responsáveis.
“O fato de não vermos metano diz-nos que o WASP-43b deve ter velocidades de vento que atingem cerca de 8.000 quilômetros por hora”, explicou Barstow.
“Se os ventos moverem o gás do lado diurno para o noturno e vice-versa com rapidez suficiente, não haverá tempo suficiente para que as reações químicas esperadas produzam quantidades detectáveis de metano no lado noturno.”
Observações anteriores com o Hubble, Spitzer e outros revelaram alguns aspectos da atmosfera do WASP-43b.
Mas o James Webb deu um passo adiante.
Ao determinar a velocidade extremamente elevada do vento no exoplaneta, os cientistas acreditam agora que a atmosfera é a mesma em todo o planeta.
“Em conjunto, os nossos resultados destacam as capacidades únicas do James Webb/MIRI para a caracterização da atmosfera de exoplanetas”, escrevem os autores no seu artigo.
Eles ressaltam que ainda existem algumas discrepâncias entre a curva de fase, as simulações do GCM e o equilíbrio químico na atmosfera.
Segundo os pesquisadores, mais observações de exoplanetas do James Webb podem ajudar a resolvê-los.
“Estas discrepâncias restantes sublinham a importância de explorar mais os efeitos das nuvens e da química do desequilíbrio em modelos numéricos, à medida que o James Webb continua a impor restrições observacionais sem precedentes em planetas mais pequenos e mais frios”, concluem.
Publicado em 16/05/2024 20h35
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