Este exoplaneta ‘extremamente extremo’ tem nuvens de vapor de metal e chove joias líquidas

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Impressão artística do WASP-121 b. Créditos: Patricia Klein / MPIA.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Um exoplaneta gigante a 855 anos-luz de distância é tão extremo que tem nuvens de metais vaporizados e chove rubis e safiras líquidos.

Essa é a conclusão que os astrônomos chegaram depois de sondar sua atmosfera – a análise mais detalhada até hoje, revelando pela primeira vez as condições e a dinâmica do lado noturno permanente do exoplaneta.

“Apesar da descoberta de milhares de exoplanetas, só conseguimos estudar as atmosferas de uma pequena fração destes devido à natureza desafiadora das observações”, disse o astrônomo Thomas Mikal-Evans, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha.

“Agora estamos indo além em obter imagens isoladas de regiões específicas de atmosferas de exoplanetas, para estudá-las como os sistemas 3D que realmente são”, acrescentou.

O exoplaneta em questão é um dos mais famosos e bem estudados que vimos até hoje. Chama-se WASP-121 b, descoberto pela primeira vez em 2015, um gigante gasoso com cerca de 1,18 vezes a massa e 1,81 vezes o tamanho de Júpiter, numa órbita próxima da sua estrela de apenas 1,27 dias. Dois anos depois de ter sido descoberto, WASP-121 b tornou-se o primeiro exoplaneta cuja estratosfera foi encontrada água.

É, no entanto, extremamente improvável que WASP-121 b possa ser habitável. Em uma órbita tão próxima de sua estrela, é extremamente quente, com temperaturas que variam entre 1.500 e 3.000 Kelvin (1.227 a 2.727 graus Celsius).

O tamanho e a proximidade de WASP-121 b de sua estrela hospedeira, WASP-121, o colocam firmemente na categoria dos Júpiteres quentes – exoplanetas gigantes gasosos em órbitas de menos de 10 dias com suas estrelas hospedeiras. Dos quase 5.000 exoplanetas confirmados até à data, mais de 300 pertencem a esta categoria extrema, mas WASP-121 b tem sido referido como um ‘protótipo‘ para Júpiteres ultraquentes.

Por estar em uma órbita tão próxima, WASP-121 b também está em um acoplamento de maré com sua estrela, o que ocorre quando um corpo em órbita faz sua rotação na mesma taxa em que orbita. Isso significa que o exoplaneta sempre tem um lado voltado para sua estrela, na luz do dia permanentemente escaldante, enquanto o outro lado está sempre voltado para o lado oposto, na escuridão eterna. Sondagens anteriores da atmosfera de WASP 121 b encontraram vapores de metais pesados ​​na atmosfera do seu lado diurno.

Seu lado noturno é um pouco mais difícil de sondar, porque é cerca de 10 vezes mais escuro que o lado diurno. Para obter informações mais detalhadas sobre todo o exoplaneta, Mikal-Evans e sua equipe usaram o Telescópio Espacial Hubble para observar duas órbitas completas de WASP-121 b, mesclando dados do lado diurno e noturno para ver como a atmosfera funciona globalmente.

Esse espectro de luz detalhado e mutável permitiu que eles observassem e reconstruíssem o ciclo completo da água de um exoplaneta pela primeira vez.

“Vimos essa assinatura de água e mapeamos como ela mudou em diferentes partes da órbita do planeta”, explica Mikal-Evans. “Isso codifica informações sobre como a temperatura da atmosfera do planeta se comporta em função da altitude”.

Aqui na Terra, o ciclo da água envolve transições de fase à medida que a água circula como vapor, líquido e sólido (gelo). Em WASP-121 b, mesmo no lado noturno, as temperaturas são muito altas para as fases sólida ou líquida da água. Em vez disso, no lado diurno, onde as temperaturas excedem 3.000 Kelvin, a perda de energia das moléculas de água faz com que elas brilhem em comprimentos de onda infravermelhos. A temperatura pode fazer com que elas se fragmentem, dividindo-se em hidrogênio e oxigênio.

O lado noturno é muito mais frio, embora ainda insanamente quente para os padrões da Terra, chegando a 1.500 Kelvin. Essa diferença extrema de temperatura entre os hemisférios cria uma diferença de pressão permanente que gera ventos extremos ao oeste que giram em torno do exoplaneta, varrendo as moléculas de água e os átomos com eles.

“Esses ventos são muito mais rápidos do que nossas correntes de jatos e provavelmente podem mover nuvens por todo o planeta em cerca de 20 horas”, disse o astrofísico Tansu Daylan, do MIT.

Quando esses ventos atingem o lado noturno do WASP-121 b, as temperaturas são baixas o suficiente para retornar a água ao estado de vapor, antes de ser transportada para o lado diurno novamente.

Mas a água não se condensaria em nuvens. Em vez disso, a pesquisa da equipe mostra que as temperaturas do lado noturno são baixas o suficiente para que as nuvens possam se formar a partir de metais previamente detectados na atmosfera de WASP-121 b. Estes incluem vanádio, ferro, cromo, cálcio, sódio, magnésio e níquel; mas, curiosamente, sem alumínio ou titânio.

A equipe acredita que esses elementos podem ter se condensado e mergulhado profundamente na atmosfera de WASP 181 b, onde não podemos detectá-los. Lá, o alumínio pode se combinar com o oxigênio para formar o mineral corindo – uma forma cristalina de óxido de alumínio. Aqui na Terra, quando misturado com partes de outros metais, como vanádio, ferro, cromo ou titânio, forma rubis e safiras.

Isso significa que pode estar chovendo pedras preciosas em WASP-181 b. Embora possa estar chovendo pedras preciosas em Netuno e Urano também – em ambos os casos, não temos esperança de colhê-las, mas WASP-181 b nos mostra que variedade fascinante pode existir nos diferentes tipos de mundos lá fora.

A equipe já reservou tempo no recém-lançado Telescópio Espacial James Webb para fazer mais observações do WASP-181 b. Eles esperam encontrar monóxido de carbono, em uma tentativa de aprender mais sobre como os Júpiteres quentes se formam. Achamos que eles não podem nascer perto de suas estrelas; de acordo com nossos modelos atuais de formação planetária, a gravidade, a radiação e os ventos estelares intensos devem impedir que o gás se agrupe. As observações do Webb podem ajudar a resolver esse mistério.

“Essa seria a primeira vez que poderíamos medir uma molécula com carbono na atmosfera deste planeta”, disse Mikal-Evans. “A quantidade de carbono e oxigênio na atmosfera fornece pistas sobre onde esses tipos de planetas se formam”.

A pesquisa da equipe foi publicada na Nature Astronomy.