JWST revela divisão manhã-entardecer de nuvens em WASP-94A b

Astrónomos que analisam a atmosfera de exoplanetas distantes esbarram num obstáculo teimoso: as nuvens. Elas espalham a luz, confundem as medições e, nos gigantes gasosos mais quentes - justamente os mais fáceis de observar - parecem estar por toda a parte.

Durante anos, a solução prática foi simples: juntar tudo numa média e interpretar o sinal resultante.

Um novo conjunto de observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) indica, porém, que esse método vinha entregando 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.

Essa divisão nunca tinha sido confirmada de forma direta - e tudo indica que ela distorceu leituras químicas por mais de uma década.

Encontrando WASP-94A b

O planeta chama-se WASP-94A b. Ele pertence ao grupo dos Júpiteres quentes: gigantes gasosos que orbitam tão perto das suas estrelas que as temperaturas diurnas sobem muito acima de 540 °C.

Muitos desses mundos são travados por maré, mantendo sempre a mesma face voltada para a estrela, enquanto o outro hemisfério permanece num frio permanente.

Até este trabalho, objetos desse tipo apareciam como uma única mancha indefinida. A luz estelar que atravessava a atmosfera durante o trânsito misturava sinais da manhã e do entardecer. O que se obtinha era uma média - não um retrato.

David Sing vem há 20 anos lidando com dados de exoplanetas encobertos por nuvens. Professor Distinto Bloomberg de Ciências da Terra e Planetárias na Universidade Johns Hopkins (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 passava em frente à estrela.

Separando manhã e entardecer

A abordagem tira partido da geometria do trânsito. À medida que WASP-94A b cruza o disco da estrela, a borda que surge primeiro corresponde ao lado da manhã - onde o ar se desloca do hemisfério nocturno, mais frio, para o hemisfério diurno, mais quente. Já a borda que desaparece por último representa o lado do entardecer.

O Telescópio Espacial Hubble não tinha capacidade para distinguir essas regiões. As medições faziam a média de todo o disco, embaralhando nuvens e céu limpo numa única assinatura. Os instrumentos mais precisos do JWST permitiram aos investigadores avaliar cada metade de forma independente.

“O que vimos foi uma verdadeira dicotomia entre o clima nos dois lados do planeta, e enormes diferenças na cobertura de nuvens, e isso muda toda a nossa visão 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 cerca de 280 °C - suficiente para impulsionar químicas completamente distintas em cada borda.

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

A explicação mais provável é que rocha vaporizada tenha arrefecido, condensado e subido para a atmosfera. Esse material preenche o ar no lado da manhã. Sem essa cobertura, o lado do entardecer exibiu 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 e o entardecer fica limpo nesse exoplaneta ainda é uma questão em aberto. Os investigadores apontam duas explicações possíveis - e ambas podem estar a actuar.

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

A outra possibilidade está relacionada ao calor. Seja qual for o mecanismo (ou a combinação deles), o resultado seria a mesma separação nítida entre as duas metades.

Reescrevendo a química do planeta

O céu limpo do lado do entardecer também alterou a leitura da química de WASP-94A b. Observações anteriores do Hubble tinham sugerido que o planeta era extremamente enriquecido em oxigénio e carbono - centenas de vezes acima dos níveis medidos em Júpiter.

Essa estimativa contrariava as teorias actuais sobre como gigantes gasosos se formam.

Ao focar o lado do entardecer, sem obstruções, a nova medição coloca o enriquecimento em cerca de cinco vezes o nível de Júpiter - um valor compatível com o esperado para um gigante gasoso deste tipo.

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

Sagnick Mukherjee, primeiro autor do estudo e hoje pesquisador de pós-doutorado na Universidade Estadual do Arizona, afirmou que a diferença veio do facto de observar um lado de cada vez. Os números anteriores não estavam exactamente errados. Estavam ilegíveis.

Nuvens em mundos alienígenas

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

Há muito os astrónomos discutiam se as partículas em suspensão nesses planetas surgiam de minerais condensados ou de reacções químicas impulsionadas pela luz da estrela.

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

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

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

A equipa pretende aplicar este método a uma variedade mais ampla de planetas, incluindo um gigante gasoso que orbita dentro da zona habitável da sua estrela. Uma visão antes enevoada de atmosferas distantes começa, por fim, a ganhar nitidez.