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Pesquisadores usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA finalmente confirmaram o que modelos previram anteriormente: um exoplaneta tem diferenças entre sua eterna atmosfera matutina e eterna atmosfera noturna. WASP-39 b, um planeta gigante com um diâmetro 1,3 vezes maior que Júpiter, mas massa similar a Saturno que orbita uma estrela a cerca de 700 anos-luz de distância da Terra, é sincronizado com sua estrela-mãe. Isso significa que ele tem um lado diurno constante e um lado noturno constante — um lado do planeta está sempre exposto à sua estrela, enquanto o outro está sempre envolto em escuridão.
Usando o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb, os astrônomos confirmaram uma diferença de temperatura entre a eterna manhã e a eterna noite em WASP-39 b, com a noite parecendo mais quente em aproximadamente 300 graus Fahrenheit (cerca de 200 graus Celsius). Eles também encontraram evidências de cobertura de nuvens diferente, com a porção eternamente matutina do planeta provavelmente mais nublada do que a noite.
Os astrônomos analisaram o espectro de transmissão de 2 a 5 mícrons do WASP-39 b, uma técnica que estuda o terminador do exoplaneta, o limite que separa o lado diurno e o lado noturno do planeta. Um espectro de transmissão é feito comparando a luz das estrelas filtrada pela atmosfera de um planeta conforme ele se move na frente da estrela, com a luz das estrelas não filtrada detectada quando o planeta está ao lado da estrela. Ao fazer essa comparação, os pesquisadores podem obter informações sobre a temperatura, composição e outras propriedades da atmosfera do planeta.
“WASP-39 b se tornou uma espécie de planeta de referência no estudo da atmosfera de exoplanetas com Webb”, disse Néstor Espinoza, pesquisador de exoplanetas no Space Telescope Science Institute e autor principal do estudo. “Ele tem uma atmosfera inflada e inchada, então o sinal vindo da luz das estrelas filtrada pela atmosfera do planeta é bem forte.”
Os espectros Webb publicados anteriormente da atmosfera do WASP-39b, que revelaram a presença de dióxido de carbono, dióxido de enxofre, vapor de água e sódio, representam todo o limite dia/noite — não houve nenhuma tentativa detalhada de diferenciar entre um lado e outro.
Agora, a nova análise constrói dois espectros diferentes da região terminadora, essencialmente dividindo o limite dia/noite em dois semicírculos, um da tarde e o outro da manhã. Os dados revelam que a noite é significativamente mais quente, escaldantes 1.450 graus Fahrenheit (800 graus Celsius), e a manhã é relativamente mais fria, 1.150 graus Fahrenheit (600 graus Celsius).
“É realmente impressionante que sejamos capazes de analisar essa pequena diferença, e isso só é possível devido à sensibilidade do Webb em comprimentos de onda do infravermelho próximo e seus sensores fotométricos extremamente estáveis”, disse Espinoza. “Qualquer pequeno movimento no instrumento ou com o observatório durante a coleta de dados teria limitado severamente nossa capacidade de fazer essa detecção. Deve ser extraordinariamente preciso, e o Webb é exatamente isso.”
A modelagem extensiva dos dados obtidos também permite que os pesquisadores investiguem a estrutura da atmosfera do WASP-39 b, a cobertura de nuvens e por que a noite é mais quente. Enquanto o trabalho futuro da equipe estudará como a cobertura de nuvens pode afetar a temperatura, e vice-versa, os astrônomos confirmaram a circulação de gás ao redor do planeta como a principal culpada pela diferença de temperatura no WASP-39 b.
Em um exoplaneta altamente irradiado como WASP-39 b que orbita relativamente perto de sua estrela, os pesquisadores geralmente esperam que o gás esteja se movendo enquanto o planeta gira em torno de sua estrela: o gás mais quente do lado diurno deve se mover durante a noite para o lado noturno por meio de uma poderosa corrente de jato equatorial. Como a diferença de temperatura é tão extrema, a diferença de pressão do ar também seria significativa, o que por sua vez causaria altas velocidades do vento.
Usando Modelos de Circulação Geral, modelos tridimensionais semelhantes aos usados para prever padrões climáticos na Terra, os pesquisadores descobriram que no WASP-39 b os ventos predominantes provavelmente estão se movendo do lado noturno através do terminador matutino, ao redor do lado diurno, através do terminador vespertino e então ao redor do lado noturno. Como resultado, o lado matutino do terminador é mais frio do que o lado vespertino. Em outras palavras, o lado matutino é atingido por ventos de ar que foram resfriados no lado noturno, enquanto o lado noturno é atingido por ventos de ar aquecidos no lado diurno. Pesquisas sugerem que as velocidades do vento no WASP-39 b podem atingir milhares de milhas por hora!
“Esta análise também é particularmente interessante porque você está obtendo informações 3D sobre o planeta que não estava obtendo antes”, acrescentou Espinoza. “Porque podemos dizer que a borda da noite é mais quente, isso significa que está um pouco mais inchada. Então, teoricamente, há uma pequena ondulação no terminador se aproximando do lado noturno do planeta.”
Os resultados da equipe foram publicados em Natureza.
Os pesquisadores agora tentarão usar o mesmo método de análise para estudar as diferenças atmosféricas de outros Júpiteres quentes bloqueados por maré, como parte do Programa de Observadores Gerais 3969 do Ciclo 2 de Webb.
O WASP-39 b estava entre os primeiros alvos analisados pelo Webb quando ele iniciou suas operações científicas regulares em 2022. Os dados neste estudo foram coletados pelo programa Early Release Science 1366, projetado para ajudar os cientistas a aprender rapidamente como usar os instrumentos do telescópio e realizar todo o seu potencial científico.
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