Os astrônomos do MIT obtiveram a visão mais clara atéagora do lado escuro perpanãtuo de um exoplaneta que estão"bloqueado por maranã" em sua estrela. Suas observações, combinadas com medições do lado diurno permanente do planeta, fornecem a primeira visão detalhada da atmosfera global de um exoplaneta.

“Agora estamos indo além de tirar instanta¢neos isolados de regiaµes especa­ficas de atmosferas de exoplanetas, para estuda¡-los como os sistemas 3D que realmente são”, diz Thomas Mikal-Evans, que liderou o estudo como pa³s-doutorando no Instituto Kavli de Astrofísica e Espaço do MIT. Pesquisa.

O planeta no centro do novo estudo, que aparece na Nature Astronomy , éo WASP-121b, um gigante gasoso massivo com quase o dobro do tamanho de Jaºpiter. O planeta éum Jaºpiter ultraquente e foi descoberto em 2015 orbitando uma estrela a cerca de 850 anos-luz da Terra. WASP-121b tem uma das a³rbitas mais curtas detectadas atéhoje, circundando sua estrela em apenas 30 horas. Tambanãm étravado por maranã, de modo que seu lado "dia" voltado para a estrela estãopermanentemente assando, enquanto seu lado "noturno" estãovoltado para sempre em direção ao Espaço.

“Os Jaºpiteres quentes são famosos por terem lados diurnos muito brilhantes, mas o lado noturno éuma fera diferente. o estudo.

Os astrônomos já haviam detectado vapor de águae estudado como a temperatura atmosfanãrica muda com a altitude no lado diurno do planeta.

O novo estudo captura uma imagem muito mais detalhada. Os pesquisadores conseguiram mapear as drama¡ticasmudanças de temperatura do dia para a noite e ver como essas temperaturas mudam com a altitude. Eles também rastrearam a presença de águana atmosfera para mostrar, pela primeira vez, como a águacircula entre os lados diurno e noturno de um planeta.

Enquanto na Terra, os ciclos da águaprimeiro evaporam, depois condensam em nuvens e depois chovem, no WASP-121b, o ciclo da águaémuito mais intenso: no lado do dia, os a¡tomos que compõem a águasão dilacerados em temperaturas acima de 3.000 Kelvin. Esses a¡tomos são soprados para o lado noturno, onde temperaturas mais frias permitem que os a¡tomos de hidrogaªnio e oxigaªnio se recombinem em moléculas de a¡gua, que então sopram de volta para o lado diurno, onde o ciclo recomea§a.

A equipe calcula que o ciclo da águado planeta ésustentado por ventos que chicoteiam os a¡tomos ao redor do planeta a velocidades de até5 quila´metros por segundo, ou mais de 11.000 milhas por hora.

Parece também que a águanão estãosozinha na circulação ao redor do planeta. Os astrônomos descobriram que o lado noturno éfrio o suficiente para abrigar nuvens exa³ticas de ferro e corindo osum mineral que compaµe rubis e safiras. Essas nuvens, como o vapor de a¡gua, podem girar para o lado do dia, onde altas temperaturas vaporizam os metais em forma de gás. No caminho, chuvas exa³ticas podem ser produzidas, como gemas la­quidas das nuvens de corindo.

“Com esta observação, estamos realmente obtendo uma visão global da meteorologia de um exoplaneta”, diz Mikal-Evans.

Os coautores do estudo incluem colaboradores do MIT, Johns Hopkins University, Caltech e outras instituições.

A equipe observou o WASP-121b usando uma ca¢mera espectrosca³pica a bordo do Telescópio Espacial Hubble da NASA. O instrumento observa a luz de um planeta e sua estrela, e divide essa luz em seus comprimentos de onda constituintes, cujas intensidades da£o aos astrônomos pistas sobre a temperatura e composição de uma atmosfera.

Atravanãs de estudos espectrosca³picos, os cientistas observaram detalhes atmosfanãricos nos lados diurnos de muitos exoplanetas. Mas fazer o mesmo para o lado noturno émuito mais complicado, pois exige observar pequenasmudanças em todo o espectro do planeta enquanto ele circula sua estrela.

Para o novo estudo, a equipe observou o WASP-121b em duas a³rbitas completas - uma em 2018 e outra em 2019. Para ambas as observações, os pesquisadores analisaram os dados de luz em busca de uma linha especa­fica, ou caracterí­stica espectral, que indicava a presença de vapor de a¡gua.

“Vimos essa caracterí­stica da águae mapeamos como ela mudou em diferentes partes da a³rbita do planeta”, diz Mikal-Evans. "Isso codifica informações sobre o que a temperatura da atmosfera do planeta estãofazendo em função da altitude."

A mudança do recurso de águaajudou a equipe a mapear o perfil de temperatura do lado diurno e noturno. Eles descobriram que o lado diurno varia de 2.500 Kelvin em sua camada observa¡vel mais profunda, a 3.500 Kelvin em suas camadas superiores. O lado noturno variou de 1.800 Kelvin em sua camada mais profunda, a 1.500 Kelvin em sua atmosfera superior. Curiosamente, os perfis de temperatura pareciam inverter-se, subindo com a altitude no lado diurno - uma "inversão tanãrmica", em termos meteorola³gicos - e caindo com a altitude no lado noturno.

Os pesquisadores então passaram os mapas de temperatura por vários modelos para identificar produtos químicos que provavelmente existem na atmosfera do planeta, dadas altitudes e temperaturas especa­ficas. Essa modelagem revelou o potencial de nuvens de metal, como ferro, corindo e tita¢nio no lado noturno.

A partir de seu mapeamento de temperatura , a equipe também observou que a regia£o mais quente do planeta estãodeslocada para o leste da regia£o “subestelar” diretamente abaixo da estrela. Eles deduziram que essa mudança édevido a ventos extremos.

"O gás éaquecido no ponto subestelar, mas estãosendo soprado para o leste antes que possa reirradiar para o Espaço", explica Mikal-Evans.

A partir do tamanho da mudança, a equipe estima que a velocidade do vento seja de cerca de 5 quila´metros por segundo.

“Esses ventos são muito mais rápidos do que nossa corrente de jato e provavelmente podem mover nuvens por todo o planeta em cerca de 20 horas”, diz Daylan, que liderou trabalhos anteriores no planeta usando a missão liderada pelo MIT da NASA, TESS.

Os astrônomos reservaram tempo no Telescópio Espacial James Webb para observar o WASP-121b ainda este ano e esperam mapearmudanças não apenas no vapor de água, mas também no mona³xido de carbono, que os cientistas suspeitam que residam na atmosfera.

"Essa seria a primeira vez que podera­amos medir uma molanãcula portadora de carbono na atmosfera deste planeta", diz Mikal-Evans. "A quantidade de carbono e oxigaªnio na atmosfera fornece pistas sobre onde esses tipos de planetas se formam."