Este Exoplaneta extremamente extremo tem nuvens de vapor de metal e chove joias líquidas

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 devido à natureza desafiadora das observações”, diz o astrônomo Thomas Mikal-Evans, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha.

“Agora estamos indo além de tirar fotos isoladas de regiões específicas de atmosferas de exoplanetas, para estudá-las como os sistemas 3D que realmente são” , acrescenta .

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 em cuja estratosfera foi encontrada água .

É, no entanto, extremamente improvável que o WASP-121 b possa ser habitável. Em uma órbita tão próxima, é extremamente quente, com temperaturas que variam entre 1.500 e 3.000 Kelvin (1.227 a 2.727 graus Celsius, ou 2.240 a 4.940 graus Fahrenheit).

O tamanho e a proximidade de WASP-121 b de sua estrela hospedeira, WASP-121, o colocam firmemente na categoria de 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 o WASP-121 b tem sido referido como um ” protótipo ” para Júpiteres ultra-quentes.

Por estar em uma órbita tão próxima, o WASP-121 b também está travado por maré com sua estrela, o que ocorre quando um corpo em órbita gira na mesma taxa em que orbita. Isso significa que o exoplaneta sempre tem um lado voltado para sua estrela, em permanente luz do dia escaldante, enquanto o outro lado está sempre voltado para o lado oposto, em escuridão permanente. Sondas anteriores da atmosfera do 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 do 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 característica da água e mapeamos como ela mudou em diferentes partes da órbita do planeta”, explica Mikal-Evans . “Isso codifica informações sobre o que a temperatura da atmosfera do planeta está fazendo 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). No 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 do dia, 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 eles se quebrem, 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 de oeste extremos que giram em torno do exoplaneta, varrendo as moléculas de água e os átomos com eles.

“Esses ventos são muito mais rápidos do que nossa corrente de jato e provavelmente podem mover nuvens por todo o planeta em cerca de 20 horas”, diz 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 do dia 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 afundado 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 vestígios de outros metais, como vanádio, ferro, cromo ou titânio, forma rubis e safiras.

Isso significa que pode estar chovendo pedras preciosas no 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 portadora de carbono na atmosfera deste planeta”, diz Mikal-Evans . “A quantidade de carbono e oxigênio na atmosfera fornece pistas sobre onde esses tipos de planetas se formam.”