Astrônomos decifraram pela primeira vez a estrutura tridimensional da atmosfera de um planeta além do nosso sistema solar, revelando três camadas, como um bolo de casamento, em um planeta gasoso extremamente quente que orbita próximo a uma estrela maior e mais quente que o nosso sol.
Os pesquisadores examinaram a atmosfera de WASP-121b, um planeta também chamado de Tylos, combinando as quatro unidades do telescópio do Very Large Telescope, do Observatório Europeu do Sul, localizado no Chile. Eles identificaram uma estratificação de camadas com diferentes composições químicas e ventos intensos.
Até agora, os pesquisadores conseguiram determinar a composição química da atmosfera de alguns planetas fora do nosso sistema solar — chamados de exoplanetas –, mas sem mapear a estrutura vertical ou a distribuição dos elementos químicos.
WASP-121b é um “Júpiter ultraquente”, uma classe de grandes planetas gasosos que orbitam perto de sua estrela hospedeira, tornando-se extremamente quentes. Sua atmosfera é composta principalmente de hidrogênio e hélio, assim como a de Júpiter, o maior planeta do nosso sistema solar. No entanto, a atmosfera de WASP-121b não se assemelha a nada já visto antes.
Os pesquisadores diferenciaram três camadas ao buscar a presença de elementos específicos. A camada inferior de WASP-121b foi caracterizada pela presença de ferro – um metal em estado gasoso devido ao calor extremo da atmosfera. Os ventos transportam gases do lado eternamente quente do planeta para o lado mais frio.
A camada intermediária foi caracterizada pela presença de sódio, com uma corrente de jato soprando circularmente ao redor do planeta a cerca de 70.000 km/h (43.500 milhas por hora) – mais forte do que qualquer vento em nosso sistema solar. A camada superior foi caracterizada com base na presença de hidrogênio, sendo que parte dessa camada se perde no espaço.
“Essa estrutura nunca foi observada antes e desafia as previsões atuais sobre como as atmosferas deveriam se comportar”, disse a astrônoma Julia Victoria Seidel, do Observatório Europeu do Sul e do Laboratório Lagrange, no Observatório da Côte d’Azur, na França. Seidel é a principal autora do estudo, publicado nesta semana na revista Nature.
Os pesquisadores também detectaram titânio em estado gasoso na atmosfera de WASP-121b. Na Terra, nem ferro nem titânio existem na atmosfera, pois são metais sólidos devido às temperaturas mais baixas do nosso planeta, em comparação com WASP-121b. No entanto, a Terra possui uma camada de sódio na alta atmosfera.
“Para mim, a parte mais empolgante deste estudo é que ele opera nos limites do que é possível com os telescópios e instrumentos atuais”, disse Bibiana Prinoth, coautora do estudo e doutoranda em astronomia na Universidade de Lund, na Suécia.
WASP-121b tem aproximadamente a mesma massa de Júpiter, mas o dobro do diâmetro, tornando-o mais inchado. Ele está localizado a cerca de 900 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Puppis. Um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano, equivalente a 9,5 trilhões de quilômetros (5,9 trilhões de milhas).
WASP-121b está em rotação sincronizada, o que significa que um lado do planeta está sempre voltado para sua estrela, enquanto o outro fica constantemente na sombra, assim como a Lua em relação à Terra. O lado voltado para a estrela tem uma temperatura de aproximadamente 2.700 graus Celsius (4.900 graus Fahrenheit/3.000 Kelvin). O outro lado atinge cerca de 1.250 graus Celsius (2.200 graus Fahrenheit/1.500 Kelvin).
O planeta orbita sua estrela a uma distância de cerca de 2,5% da distância entre a Terra e o Sol. Ele está aproximadamente um terço mais próximo de sua estrela do que Mercúrio está do Sol, completando uma órbita em apenas 1,3 dia.
Sua estrela hospedeira, chamada WASP-121, tem cerca de uma vez e meia a massa e o diâmetro do Sol, além de ser mais quente.
Ser capaz de distinguir a estrutura da atmosfera de um exoplaneta pode ser útil para os astrônomos na busca por planetas rochosos menores, com potencial para abrigar vida.
“No futuro, provavelmente poderemos realizar observações semelhantes para planetas menores e mais frios, e, portanto, mais parecidos com a Terra”, disse Prinoth, especialmente com o Extremely Large Telescope do Observatório Europeu do Sul, que será concluído no Chile até o final da década como o maior telescópio óptico do mundo.
“Esses estudos detalhados são necessários para fornecer um contexto sobre nosso lugar no universo”, disse Seidel. “O clima da Terra é único? As teorias que derivamos do nosso único ponto de referência – a Terra – podem realmente explicar toda a população de exoplanetas?”
“Com nosso estudo, mostramos que os climas podem se comportar de maneiras muito diferentes das previstas. Existe muito mais diversidade lá fora do que temos em casa”, concluiu Seidel.
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