JWST revela Astrolábos e WASP-43b, um Júpiter quente extremo

No lado nocturno do exoplaneta Astrolábos, a escuridão e as tempestades são permanentes.

Na face eternamente virada para longe da sua estrela anfitriã, WASP-43, o céu deste gigante gasoso, também designado WASP-43b, é atravessado por nuvens violentas. Porém, o cenário é ainda mais extremo: o planeta está tão próximo da estrela que, mesmo durante a noite, as temperaturas são suficientemente elevadas para vaporizar rocha, pelo que essas nuvens serão provavelmente constituídas por minerais.

"Com a nova capacidade de observação do JWST, WASP-43b foi revelado com um detalhe sem precedentes", afirma a astrónoma Laura Kreidberg, do Instituto Max Planck para a Astronomia (MPIA), na Alemanha.

"Vemos um mundo complexo e inóspito, com ventos furiosos, enormes variações de temperatura e nuvens irregulares que provavelmente consistem em gotículas de rocha. WASP-43b recorda-nos a enorme variedade de climas possíveis nos exoplanetas e as muitas formas como a Terra é especial."

Astrolábos foi descoberto em 2011 e, nessa altura, era o exoplaneta do tipo «Júpiter quente» mais próximo da sua estrela alguma vez identificado. Tem dimensões e massa semelhantes às de Júpiter, mas completa uma órbita em apenas 19,2 horas.

Os Júpiteres quentes continuam a ser, de certa forma, um enigma. Segundo o atual entendimento sobre a formação planetária, encontram-se demasiado perto das respetivas estrelas para se terem formado nessas posições, pois a radiação e os ventos estelares teriam impedido esse processo. Isto indica que terão nascido mais longe e, de algum modo, migrado gradualmente para o interior.

Entretanto, foram encontrados Júpiteres quentes em número suficiente para indicar que este processo não será raro. As suas características tornam-nos laboratórios excelentes para estudar sistemas planetários alienígenas. Muitos transitam as suas estrelas anfitriãs, ou seja, cruzam-se entre nós e a estrela ao longo da órbita. Além disso, as órbitas curtas fazem com que esses trânsitos ocorram frequentemente.

Como o JWST analisa a atmosfera de WASP-43b

Esta circunstância permite investigar as suas atmosferas. Quando um Júpiter quente passa entre a Terra e a estrela, parte da luz estelar atravessa a atmosfera do exoplaneta. Nesse percurso, determinados comprimentos de onda são absorvidos ou intensificados por átomos e moléculas. Ao examinarem o espectro luminoso, os cientistas conseguem identificar os comprimentos de onda mais fortes ou mais fracos e determinar quais os elementos presentes que alteram a luz.

As variações na intensidade da luz da estrela e na forma como ela muda ao longo do espectro eletromagnético também podem revelar a quantidade de luz emitida pelo exoplaneta. Depois de descontada a luz refletida pela estrela, é possível perceber quanto calor o planeta está a libertar.

No entanto, estes sinais são extremamente ténues. É aqui que os períodos orbitais curtos se tornam úteis: os dados de vários trânsitos podem ser sobrepostos para reforçar os sinais, ou pode observar-se um período orbital completo de uma só vez.

Este género de análise já tinha sido aplicado a Astrolábos com dados do Hubble. Na altura, os astrónomos encontraram indícios de vapor de água na atmosfera do exoplaneta. Agora, o muito mais poderoso Telescópio Espacial James Webb permitiu compreender muito melhor o funcionamento da atmosfera de Astrolábos.

Nuvens minerais e temperaturas extremas em Astrolábos

Com observações do JWST no infravermelho médio, os cientistas conseguiram medir a temperatura do exoplaneta. Por estar tão perto da estrela, Astrolábos está em rotação sincronizada: um dos lados permanece sempre voltado para a estrela, sob um dia abrasador, enquanto o outro fica numa noite perpétua. Entre os dois hemisférios existe um acentuado contraste térmico. O lado diurno atinge 1 250 graus Celsius, ao passo que o lado nocturno fica abaixo de metade desse valor, nos 600 graus Celsius.

A diferença é muito mais pronunciada do que seria esperado numa atmosfera limpa e sem nuvens. A modelação computacional confirmou esta conclusão: o lado nocturno, relativamente mais fresco, de Astrolábos deverá possuir nuvens nas camadas elevadas da atmosfera, que bloqueiam grande parte da radiação infravermelha emitida pelas regiões inferiores. Em contrapartida, o lado diurno não tem nuvens, por ser demasiado quente para que se formem.

Os dados do JWST também revelaram mais pormenores sobre a composição atmosférica do exoplaneta. Confirmaram a presença de água, mas a procura por metano não encontrou qualquer sinal, algo inesperado. Prevê-se que o metano se forme no lado nocturno dos Júpiteres quentes através de reações que envolvem monóxido de carbono e hidrogénio.

A ausência de metano em Astrolábos estará provavelmente relacionada com o gradiente de temperatura, capaz de gerar ventos poderosos de até 9 000 quilómetros por hora. Esses ventos transportariam tão depressa, através do lado nocturno, todos os materiais necessários à criação de metano que a molécula literalmente não teria tempo para se formar.

"Se os ventos deslocarem o gás do lado diurno para o lado nocturno e novamente de volta com rapidez suficiente", explica a astrónoma Joanna Barstow, da Open University, no Reino Unido, "não há tempo suficiente para que as reações químicas esperadas produzam quantidades detetáveis de metano no lado nocturno."

Isto sugere que a atmosfera de Astrolábos é quimicamente uniforme em toda a sua extensão, uma conclusão que não podia ser retirada das medições anteriores. Contudo, as surpresas encontradas pelos investigadores nessa atmosfera também indicam que é preciso prudência ao fazer suposições sobre o comportamento dos exoplanetas.

Segundo os investigadores, os estudos futuros deverão procurar explorar os efeitos mais amplos do aquecimento assimétrico em mundos alienígenas extremos.

A investigação foi publicada na Nature Astronomy.