James Webb captura um exoplaneta perdendo sua atmosfera em tempo real

As observações revelaram um resultado inesperado e dramático. O gigante gasoso WASP-121b está rodeado não por um, mas por dois enormes fluxos de hélio que se estendem por mais de metade da sua órbita. Quando combinados com modelos computacionais avançados desenvolvidos na UNIGE, os dados oferecem a visão mais detalhada da fuga atmosférica, um processo poderoso que pode remodelar um planeta durante longos períodos de tempo. As descobertas são publicadas em Comunicações da Natureza.

Um Júpiter ultraquente sob condições extremas

WASP-121b pertence a uma classe de planetas conhecidos como Júpiteres ultraquentes. Esses enormes gigantes gasosos orbitam extremamente perto de suas estrelas e o WASP-121b completa uma revolução completa em apenas 30 horas. Devido à sua proximidade, a radiação intensa da estrela aquece a atmosfera do planeta a temperaturas de vários milhares de graus.

Com um calor tão extremo, elementos leves como o hidrogénio e o hélio podem libertar-se e flutuar para o espaço. Ao longo de milhões de anos, esta perda constante de material atmosférico pode alterar significativamente o tamanho, a composição e a evolução do planeta a longo prazo.

Por que a observação contínua é importante

Até agora, os astrónomos só podiam estudar a fuga atmosférica durante trânsitos planetários curtos – os breves momentos em que um planeta passa em frente da sua estrela a partir da perspectiva da Terra. Esses instantâneos duraram apenas algumas horas e forneceram informações limitadas.

Sem monitorização ininterrupta, os cientistas não poderiam determinar até que ponto o gás que escapava se estendia ou como a sua estrutura se alterava ao longo do tempo.

Uma órbita completa rastreada por James Webb

Usando o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRISS) a bordo do Telescópio Espacial James Webb, a equipe de pesquisa observou WASP-121b por quase 37 horas seguidas. Esta janela cobriu mais de uma órbita completa, tornando-se a mais extensa detecção contínua de hélio já registada em torno de um planeta.

Esta observação prolongada permitiu aos cientistas rastrear a fuga atmosférica com detalhes e precisão incomparáveis.

Duas enormes caudas de hélio descobertas

Ao medir como o hélio absorve a luz infravermelha, os pesquisadores descobriram que o gás ao redor do WASP-121b se espalha muito além do próprio planeta. O sinal de hélio permanece visível durante mais de metade da órbita do planeta, marcando a mais longa observação contínua de fuga atmosférica até à data.

Ainda mais impressionante é que o hélio não forma um único fluxo. Em vez disso, ele se divide em duas caudas distintas. Um deles segue atrás do planeta, afastado pela radiação estelar e pelos ventos. As outras curvas à frente do planeta, provavelmente atraídas pela atração gravitacional da estrela. Juntos, estes fluxos de gás estendem-se por uma distância superior a 100 vezes o diâmetro do planeta, ou mais de três vezes a distância entre o planeta e a sua estrela.

“Ficámos incrivelmente surpreendidos ao ver quanto tempo durou a fuga do hélio”, explica Romain Allart, investigador de pós-doutoramento na Universidade de Montreal, antigo estudante de doutoramento na Universidade de Genebra e principal autor do artigo. “Esta descoberta revela a complexidade dos processos físicos que esculpem as atmosferas exoplanetárias e a sua interação com o seu ambiente estelar. Estamos apenas começando a descobrir a verdadeira complexidade destes mundos.”

Modelando os Limites das Teorias Atuais

O Departamento de Astronomia da Universidade de Genebra (UNIGE) é há muito tempo líder no estudo do escape atmosférico. Os modelos numéricos ali desenvolvidos desempenharam um papel fundamental na interpretação das primeiras detecções de hélio feitas pelo JWST.

Embora estes modelos descrevam com sucesso caudas de gás simples, semelhantes a cometas, eles lutam para recriar a estrutura de cauda dupla observada em torno de WASP-121b. “Esta descoberta indica que a estrutura destes fluxos resulta tanto da gravidade como dos ventos estelares, tornando uma nova geração de simulações 3D essencial para a análise da sua física,” explica Yann Carteret, estudante de doutoramento no Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE e co-autor do estudo.

O que vem a seguir para a pesquisa de exoplanetas

O hélio tornou-se uma das ferramentas mais eficazes para rastrear fugas atmosféricas, e a sensibilidade do JWST permite agora aos cientistas detectá-lo em distâncias e intervalos de tempo sem precedentes. Observações futuras ajudarão a determinar se a estrutura de cauda dupla vista em torno de WASP-121b é rara ou comum entre exoplanetas quentes.

Os investigadores também precisarão de refinar os seus modelos teóricos para explicar melhor como a gravidade, a radiação e os ventos estelares interagem para moldar estas atmosferas em fuga.

“Muitas vezes, novas observações revelam as limitações dos nossos modelos numéricos e levam-nos a explorar novos mecanismos físicos para aprofundar a nossa compreensão destes mundos distantes,” conclui Vincent Bourrier, docente e investigador do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade de Genebra e co-autor do estudo.