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Recorrendo ao instrumento canadiano NIRISS do Telescópio Espacial James Webb, o estudante de doutoramento em astrofísica Louis-Philippe Coulombe mapeou a atmosfera do intrigante exoplaneta WASP-18 b.

A 400 anos-luz de distância existe um planeta tão interessante que os astrónomos o têm estudado desde que foi descoberto em 2009. Uma órbita de WASP-18 b em torno da sua estrela, que é ligeiramente maior do que o nosso Sol, demora apenas 23 horas. Não existe nada semelhante no nosso Sistema Solar.

Um novo estudo liderado pelo mesmo aluno da Universidade de Montréal, sobre este exoplaneta, um gigante gasoso ultra-quente 10 vezes mais massivo do que Júpiter, baseado em novos dados do instrumento canadiano NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) do Telescópio Espacial James Webb, contém muitas surpresas!

Uma equipa internacional de astrónomos identificou vapor de água na atmosfera do exoplaneta WASP-18 b e elaborou um mapa de temperatura do planeta à medida que este passava por trás da sua estrela e reaparecia.

Este evento é conhecido como eclipse secundário. Os cientistas podem ler a luz combinada da estrela e do planeta e depois refinar as medições apenas da estrela à medida que o planeta se desloca atrás dela.

O mesmo lado, conhecido como o lado diurno, de WASP-18 b está sempre virado para a sua estrela, tal como o mesmo lado da Lua está sempre virado para a Terra. A isto chama-se bloqueio de maré.

O mapa de temperatura, ou brilho, do exoplaneta mostra uma enorme mudança de temperatura – até 1000 graus – desde o ponto mais quente virado para a estrela até ao terminador, onde os lados diurno e nocturno do planeta que sofre bloqueio de maré se encontram em permanente crepúsculo.

“O JWST está a dar-nos a possibilidade de fazer mapas muito mais detalhados de planetas gigantes e quentes como WASP-18 b do que nunca.

Esta é a primeira vez que um planeta foi mapeado com o JWST e é realmente excitante ver que algumas das coisas que os nossos modelos previram, tais como uma queda acentuada na temperatura longe do ponto do planeta directamente virado para a estrela, são realmente vistas nos dados!”, disse Megan Mansfield, da Universidade do Arizona e uma das autoras do artigo científico que descreve os resultados.

A equipa mapeou os gradientes de temperatura ao longo do lado diurno do planeta. Dado que o planeta é muito mais frio no terminador, é provável que haja algo que impeça os ventos de redistribuir eficazmente o calor para o lado nocturno. Mas o que está a afectar os ventos é ainda um mistério.

“O mapa de luminosidade de WASP-18 b mostra uma ausência de ventos de leste-oeste que é melhor correspondida por modelos com arrastamento atmosférico.

Uma explicação possível é que este planeta tem um forte campo magnético, o que seria uma descoberta excitante!”, disse o co-autor Ryan Challener, da Universidade de Michigan.

Uma interpretação do mapa do eclipse é que os efeitos magnéticos forçam os ventos a soprar do equador do planeta para cima, sobre o pólo norte, e para baixo, sobre o pólo sul, em vez de soprarem de leste para oeste, como seria de esperar.

Os investigadores registaram as mudanças de temperatura a diferentes altitudes das camadas da atmosfera do planeta gigante e gasoso. Observaram que as temperaturas aumentam com a elevação, variando centenas de graus.

Sinais de vapor de água

O espectro da atmosfera do planeta mostra claramente múltiplas características pequenas, mas medidas com precisão, de água, presentes apesar das temperaturas extremas de quase 2700º C.

A temperatura é tão elevada que destruiria a maior parte das moléculas de água, pelo que a sua presença atesta à extraordinária sensibilidade do Webb em detectar a água remanescente. As quantidades detectadas na atmosfera de WASP-18 b indicam que o vapor de água está presente a várias altitudes.

“Foi uma grande sensação olhar pela primeira vez para o espectro de WASP-18 b obtido pelo JWST e ver a assinatura subtil, mas precisamente medida, da água”, disse Louis-Philippe Coulombe, estudante de doutoramento na Universidade de Montréal, membro do iREx (Trottier Institute for Research on Exoplanets) e autor principal do artigo sobre o exoplaneta.

“Usando este tipo de medições, seremos capazes de detectar tais moléculas para uma vasta gama de planetas nos próximos anos!”, acrescentou Björn Benneke, professor na mesma instituição de ensino, membro do iREx e co-autor do artigo científico.

Benneke é também o orientador de doutoramento de Coulombe e tem liderado os esforços mundiais para estudar WASP-18 b desde 2016.

O trabalho do instrumento NIRISS e dos cientistas em início de carreira

A equipa de astrónomos observou WASP-18 b durante cerca de seis horas, utilizando um dos instrumentos do Webb, o NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), contribuído pela Agência Espacial Canadiana e por vários parceiros, incluindo a Universidade de Montréal e o iREx.

“Dado que as características da água, neste espectro, são tão subtis, era difícil identificá-las em observações anteriores. Isso fez com que fosse realmente excitante ver finalmente as características da água com estas observações do JWST”, disse Anjali Piette, pós-doutorada no Instituto Carnegie para Ciência e uma das autoras da nova investigação.

As observações de WASP-18 b foram recolhidas no âmbito do programa ERS (Early Release Science) da Comunidade de Exoplanetas em Trânsito, liderado por Natalie Batalha, astrónoma da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, que ajudou a coordenar a nova investigação e os mais de cem investigadores da equipa.

Grande parte deste trabalho inovador está a ser feito por cientistas em início de carreira como Coulombe, Challener, Piette e Mansfield.

A proximidade, tanto à sua estrela como de nós, ajudou a tornar WASP-18 b um alvo tão intrigante para estes cientistas, tal como a sua grande massa. WASP-18 b é um dos mundos mais massivos cujas atmosferas podemos investigar.

Os astrónomos estão a tentar compreender como é que esses planetas se formam e chegam ao ponto onde se encontram nos seus sistemas. Também, aqui, o Webb dá algumas respostas.

“Ao analisar o espectro de WASP-18 b, não só aprendemos sobre as várias moléculas que podem ser encontradas na sua atmosfera, mas também sobre como se formou.

As nossas observações mostram que a composição de WASP-18 b é muito semelhante à da sua estrela, o que significa que muito provavelmente se formou a partir dos restos de gás que estavam presentes logo após o nascimento da estrela”, disse Coulombe.

“Esses resultados são muito valiosos para se obter uma imagem clara de como planetas estranhos como WASP-18 b, que não têm equivalente no nosso Sistema Solar, surgiram”.

// Universidade de Montréal (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia, Santa Cruz (comunicado de imprensa)
// Universidade da Flórida Central (comunicado de imprensa)
// Instituto Carnegie para Ciência (comunicado de imprensa)
// IAC (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

Astronomia – Centro Ciência Viva do Algarve
2 de Junho de 2023

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e Criador de Conteúdos Digitais


published in: 4 meses ago