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Há um exoplaneta intrigante lá fora – 400 anos-luz lá fora – que é tão tentador que os astrônomos o estudam desde sua descoberta em 2009. Uma órbita para WASP-18 b em torno de sua estrela que é um pouco maior do que o nosso Sol leva apenas 23 horas. Não há nada parecido em nosso Sistema Solar. Um novo estudo liderado pela Université de Montréal Ph.D. estudante Louis-Philippe Coulombe sobre este exoplaneta, um gigante gasoso ultraquente 10 vezes mais massivo que Júpiter, com base em novos dados do instrumento NIRISS canadense no Telescópio Espacial James Webb (JWST) traz muitas surpresas!
Mapeando um exoplaneta
Uma equipe internacional de astrônomos identificou vapor d’água na atmosfera do exoplaneta WASP-18 b e fez um mapa de temperatura do planeta enquanto ele deslizava para trás e reaparecia de sua estrela. Este evento é conhecido como um eclipse secundário. Os cientistas podem ler a luz combinada da estrela e do planeta e, em seguida, refinar as medições apenas da estrela à medida que o planeta se move atrás dela.
O mesmo lado, conhecido como lado diurno, do WASP-18 b sempre está voltado para sua estrela, assim como o mesmo lado da Lua sempre está voltado para a Terra. Isso é chamado de bloqueio de maré. O mapa de temperatura, ou brilho, do exoplaneta mostra uma enorme mudança na temperatura – até 1.000 graus – do ponto mais quente voltado para a estrela até o terminador, onde os lados diurno e noturno do planeta travado por maré se encontram em um crepúsculo permanente. .
”JWST está nos dando a sensibilidade para fazer mapas muito mais detalhados de planetas gigantes quentes como WASP-18 b do que nunca. Esta é a primeira vez que um planeta foi mapeado com o JWST, e é realmente emocionante ver que parte do que nossos modelos previram, como uma queda acentuada na temperatura longe do ponto do planeta diretamente voltado para a estrela, é realmente visto em os dados!”, disse Megan Mansfield, Sagan Fellow da Universidade do Arizona, e um dos autores do artigo que descreve os resultados.
A equipe mapeou os gradientes de temperatura no lado diurno do planeta. Dado o quanto o planeta está mais frio no terminador, provavelmente há algo impedindo os ventos de redistribuir o calor com eficiência para o lado noturno. Mas o que está afetando os ventos ainda é um mistério.
”O mapa de brilho do WASP-18 b mostra uma falta de ventos leste-oeste que é melhor correspondida por modelos com arrasto atmosférico. Uma possível explicação é que este planeta tem um forte campo magnético, o que seria uma descoberta empolgante!” 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 leste-oeste, como seria de esperar.
Os pesquisadores registraram mudanças de temperatura em diferentes elevações das camadas da atmosfera do planeta gigante gasoso. Eles viram as temperaturas aumentarem com a elevação, variando em centenas de graus.
Sinais de vapor de água
O espectro da atmosfera do planeta mostra claramente várias características de água pequenas, mas medidas com precisão, presentes apesar das temperaturas extremas de quase 2.700 graus Celsius. É tão quente que destruiria a maioria das moléculas de água, então ver sua presença mostra a extraordinária sensibilidade de Webb para detectar a água restante. As quantidades registradas na atmosfera do WASP-18 b indicam que o vapor d’água está presente em várias elevações
”Foi uma grande sensação olhar para o espectro JWST do WASP-18 b pela primeira vez e ver a assinatura sutil, mas medida com precisão, da água”, disse Louis-Philippe Coulombe, Ph.D. estudante da Université de Montréal, membro do Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) e principal autor do artigo WASP-18 b. ”Usando este tipo de medições, seremos capazes de detectar tais moléculas para uma ampla gama de planetas nos próximos anos!”, acrescentou Björn Benneke, professor da UdeM, membro do iREx e co-autor deste artigo. Benneke é Ph.D. de Coulombe. conselheiro também e tem liderado os esforços mundiais para estudar o WASP-18 b desde 2016.
O trabalho do instrumento NIRISS e cientistas em início de carreira
A equipe de astrônomos observou WASP-18 b por cerca de seis horas usando um dos instrumentos de Webb, o Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), fornecido pela Agência Espacial Canadense e vários parceiros, incluindo a Université de Montréal e iREx.
“Como as características da água neste espectro são tão sutis, elas foram difíceis de identificar em observações anteriores. Isso tornou realmente emocionante finalmente ver as características da água com essas observações do JWST”, disse Anjali Piette, pós-doutorado da Carnegie Institution for Science e um dos autores da nova pesquisa.
As observações do WASP-18 b foram coletadas como parte do Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program liderado por Natalie Batalha, astrônoma da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, que ajudou a coordenar a nova pesquisa e os mais de cem pesquisadores do equipe. Grande parte desse trabalho inovador está sendo feito por cientistas em início de carreira, como Coulombe, Challener, Piette e Mansfield.
A proximidade, tanto de sua estrela quanto de nós, ajudou a tornar o WASP-18 b um alvo tão intrigante para esses cientistas, assim como sua grande massa. WASP-18 b é um dos mundos mais massivos cujas atmosferas podemos investigar. Os astrônomos estão se esforçando para entender como esses planetas se formam e chegam onde estão em seus sistemas. Isso também tem algumas respostas iniciais de Webb.
“Ao analisar o espectro de WASP-18 b, não apenas aprendemos sobre as várias moléculas que podem ser encontradas em sua atmosfera, mas também sobre a forma como ela se formou. A partir de nossas observações, descobrimos que a composição de WASP-18 b é muito semelhante à de sua estrela, o que significa que provavelmente se formou a partir do gás restante que estava presente logo após o nascimento da estrela”, disse Coulombe. ”Esses resultados são muito valiosos para obter uma imagem clara de como planetas estranhos como WASP-18 b, que não têm equivalente em nosso Sistema Solar, passaram a existir.”
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