Detetadas variações de temperatura no exoplaneta WASP-121 b
12 de junho de 2026
Representação artística do exoplaneta WASP-121 b. Este pertence à classe dos Júpiteres quentes. Devido à sua proximidade com a estrela central, a rotação do planeta está sincronizada com a sua órbita. Como resultado, um dos hemisférios de WASP-121 b está sempre voltado para a estrela, aquecendo-o a temperaturas que chegam aos 2500º Celsius. O lado noturno está sempre orientado para o espaço frio, razão pela qual a temperatura é 1775º Celsius mais baixa nesse lado.
Crédito: Patricia Klein e Instituto Max Planck de Astronomia
Os astrónomos revelaram diferenças distintas nas condições atmosféricas entre as zonas de transição matinal e noturna do planeta gasoso ultraquente WASP-121 b, zonas estas que separam o dia da noite e a que se dão o nome "terminadores". Esta descoberta só foi possível graças à sensibilidade inigualável do Telescópio Espacial James Webb. Liderada por Cyril Gapp, estudante de doutoramento no Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, uma equipa de investigadores detetou este fenómeno, que já tinha sido previsto por cálculos teóricos.
Confirmação de variações entre o crepúsculo vespertino e matutino
A descoberta corresponde a uma assimetria na absorção da luz infravermelha recebida da estrela hospedeira, que é parcialmente filtrada pela atmosfera do planeta durante o seu trânsito. Os investigadores interpretam isto como o resultado de temperaturas e composições químicas não uniformes na atmosfera do exoplaneta.
"Com a sua qualidade de observação sem precedentes, o JWST dá-nos as visões mais detalhadas de planetas distantes até à data: ao medir como a absorção da luz estelar muda à medida que WASP-121 b gira, exploramos a sua atmosfera longitude a longitude", diz Gapp.
Os dados indicam que o terminador noturno absorve mais luz do que o lado diurno, consistente com a imagem geralmente aceite de ventos fortes que transportam calor intenso do lado diurno para o noturno. Os ventos quentes seguem a rotação do planeta para leste, o que aquece a zona noturna. Com o aumento das temperaturas, esta região está destinada a expandir-se, aumentando a secção transversal do planeta e permitindo-lhe absorver a radiação estelar de forma mais eficiente.
Para além de uma ligeira redução geral no brilho no final do trânsito, os dados obtidos pelo instrumento NIRSpec (Near-infrared spectrograph) do Webb revelam também um aumento no sinal de monóxido de carbono (CO). No entanto, isto parece ser um efeito da temperatura, não relacionado com um aumento nas moléculas de monóxido de carbono.
Em contraste, a quantidade de água (H₂O) na atmosfera parece diminuir, o que os astrónomos interpretam como uma diminuição real das moléculas de água. As temperaturas na atmosfera superior são suficientemente elevadas para decompor as moléculas de água nos seus constituintes. Este resultado corrobora, mais uma vez, a existência de ventos quentes que aquecem a região do terminador noturno.
Dois lados extremos de um planeta ultraquente
Vista, de cima, da órbita do exoplaneta WASP-121 b em torno da sua estrela. A rotação do planeta está sincronizada com a sua órbita, demorando ambas cerca de 30 horas. Como resultado, o planeta tem o mesmo lado constantemente virado para a estrela, o que dá origem a lados diurnos e noturnos distintos. As zonas de transição entre esses hemisférios são as regiões do crepúsculo matutino e vespertino. Devido à proximidade do planeta à estrela central, de apenas 1,9 diâmetros estelares, o planeta gira cerca de 30 graus durante o seu trânsito.
Crédito: Instituto Max Planck de Astronomia
Para detetar estas variações minúsculas, os astrónomos aproveitaram um comportamento peculiar dos planetas gasosos e quentes. A proximidade das suas estrelas hospedeiras sincroniza lentamente a sua rotação e o seu movimento orbital através das forças de maré, de tal forma que, eventualmente, uma rotação demora tanto tempo quanto uma revolução. Por fim, estes planetas apresentam dois hemisférios distintos: um lado quente constantemente voltado para a estrela e um lado oposto, mais escuro e mais frio.
"WASP-121 b é particularmente extremo, com temperaturas médias no hemisfério diurno a rondarem os 2770 Kelvin, enquanto as do hemisfério noturno se aproximam dos 1000 Kelvin", explica o coautor Tom Evans-Soma, da Universidade de Newcastle, na Austrália. Ele determinou anteriormente a amplitude de temperatura do planeta e também está afiliado ao Instituto Max Planck de Astronomia. Estes valores traduzem-se em quase 2500º C, no lado diurno, e aproximadamente 725º C, à noite.
Quando os astrónomos observam um planeta deste tipo a transitar à frente de uma estrela, o planeta gira ligeiramente entre os pontos de entrada e saída, revelando diferentes partes da sua atmosfera. Embora o planeta apresente principalmente o seu lado noturno, o nosso ponto de vista permite vislumbres para além do crepúsculo vespertino e matutino, em direção ao lado diurno brilhante, dependendo do progresso do trânsito. A zona à frente da órbita do planeta corresponde ao lado matinal, e a que segue atrás é o lado noturno.
Para além de registar a variação da luminosidade medida ao longo do tempo, os espetrógrafos decompõem a luz em componentes mais pequenos, a que os físicos chamam espetro, tal como um prisma produz uma distribuição de cores semelhante a um arco-íris. Uma vez que os gases atmosféricos absorvem a luz em cores ou comprimentos de onda distintos, uma análise detalhada revela a sua composição química.
O tempo decorrido converte-se em longitude
Assim, a variação ao longo da direção de rotação traduz-se numa alteração dependente do tempo do sinal filtrado. No caso de WASP-121 b, o ângulo de rotação durante um trânsito completo ascende a cerca de 30 graus, o que é suficiente para sondar os terminadores do amanhecer e do anoitecer com alta precisão em longitude.
Os astrónomos costumam calcular a média das medições ao longo de todo o trânsito para obter um sinal mais claro. No entanto, para determinar como o sinal muda durante a trajetória do planeta em frente à estrela, Gapp e os seus colegas tiveram em conta uma variação temporal enquanto o planeta gira. Ao aplicar métodos estatísticos, descobriram que o seu processo proporciona um ajuste claramente melhor aos dados, indicando que detetaram, de facto, uma variação significativa.
Lacunas significativas nos modelos atmosféricos
Para verificar as temperaturas medidas que causariam a expansão local, os astrónomos executaram modelos que simulavam a distribuição do calor nas camadas superiores de um planeta gasoso, tendo em conta as propriedades do planeta e a configuração do planeta e da sua estrela hospedeira. Embora estes modelos atmosféricos tenham confirmado o efeito assimétrico causado pelas variações espaciais de temperatura, os dados revelaram uma amplitude de sinal maior do que a prevista pelos modelos.
Os astrónomos suspeitaram que pudessem estar em ação mecanismos de arrefecimento no terminador matinal que os modelos não tinham tido em conta. Estudos anteriores indicaram que podem existir nuvens, embora compostas não por gotículas de água, mas por minerais como silicatos. As nuvens podem proteger eficazmente a luz infravermelha emitida pelas camadas gasosas quentes subjacentes, simulando temperaturas mais baixas. É sabido que simular a física das nuvens, da condensação e da evaporação num ambiente dinâmico é difícil. Por conseguinte, os modelos físicos normalmente aplicados às atmosferas de exoplanetas, como o utilizado neste estudo, não têm em conta as nuvens, o que pode levar a resultados irrealistas.
Após ajustar a simulação para aproximar melhor o efeito das nuvens na radiação infravermelha proveniente de camadas mais profundas, os resultados revelaram-se mais consistentes com as observações. No entanto, apenas modelos mais sofisticados serão capazes de confirmar com segurança a presença de nuvens.
Um plano para estudos futuros
As atualizações do modelo também irão melhorar futuras investigações que utilizem este método. Os astrónomos já identificaram alvos adicionais adequados dentro do intervalo de temperatura e velocidade de rotação necessários para sondar com sucesso as regiões do terminador. Isto irá ajudá-los a estabelecer uma amostra de planetas gasosos ultraquentes, revelando a sua estrutura longitudinal e, potencialmente, a descobrir semelhanças e diferenças entre estes mundos extremos.
