JWST revela nuvens minerais no WASP-94A b e muda as medições químicas

Astrónomos que investigam a atmosfera de um exoplaneta distante convivem com um obstáculo teimoso: as nuvens. Elas espalham a luz, confundem as medições e, nos gigantes gasosos quentes - os alvos mais fáceis de observar - parecem estar em todo o lado.

Durante anos, a solução mais comum foi simples: juntar tudo numa média e interpretar o sinal resultante.

Um novo conjunto de observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) indica que esse método tem produzido valores bastante imprecisos.

Num gigante gasoso a 700 anos-luz, o lado da manhã está coberto por nuvens minerais espessas, enquanto o céu do lado do fim de tarde está quase totalmente limpo.

Até agora, os cientistas nunca tinham confirmado essa divisão com clareza - e ela parece ter distorcido leituras químicas por mais de uma década.

Encontrando o WASP-94A b

O planeta chama-se WASP-94A b. Ele faz parte do grupo conhecido como Júpiteres quentes - gigantes gasosos que orbitam tão perto das suas estrelas que as temperaturas do lado diurno sobem muito além de 540 °C.

Muitos desses mundos são travados por maré, mantendo uma face sempre voltada para a estrela (e para o calor) e a outra mergulhada em escuridão permanente.

Até este trabalho, planetas assim apareciam como uma única massa borrada. Durante um trânsito, a luz da estrela que atravessa a atmosfera trazia sinais do lado da manhã e do lado do fim de tarde misturados, como se fossem um só. O resultado era uma média - não um retrato.

David Sing, que há 20 anos lida com dados de exoplanetas encobertos por nuvens, liderou a nova medição. Professor Distinto Bloomberg de Ciências da Terra e Planetárias na Universidade Johns Hopkins (JHU), ele chefiou a equipa responsável pelo estudo.

Com o JWST, o grupo de Sing conseguiu medir separadamente as bordas dianteira e traseira do planeta à medida que ele cruzava a frente da sua estrela.

Separando manhã de fim de tarde

A abordagem tira proveito da geometria do trânsito. Quando o WASP-94A b passa diante da estrela, a primeira parte a surgir é a sua borda dianteira - o lado da manhã, onde o ar flui do hemisfério nocturno mais frio para o hemisfério diurno mais quente. A borda traseira, que desaparece por último, corresponde ao lado do fim de tarde.

O Telescópio Espacial Hubble não conseguia distinguir essas regiões. As suas medições “faziam uma média” de todo o disco, deixando nuvens e céu limpo indistintos. Já os instrumentos mais precisos do JWST permitiram quantificar cada metade de forma independente.

“O que vimos foi uma verdadeira dicotomia entre o clima dos dois lados do planeta, e diferenças enormes na cobertura de nuvens, e isso muda todo o nosso entendimento do planeta”, disse Sing.

Meteorologia feita de rocha

Nuvens espessas pela manhã. Céu aberto ao fim de tarde. A diferença de temperatura entre as duas metades chegou a, no mínimo, cerca de 280 °C - o suficiente para sustentar químicas completamente diferentes em cada borda.

Nada a ver com vapor de água, como na Terra. No WASP-94A b, as nuvens são formadas por silicato de magnésio - a mesma família mineral presente em grande parte das rochas da superfície terrestre - além de ferro e sulfureto de magnésio.

A interpretação é que rocha vaporizada arrefeceu e, ao subir, formou nuvens na atmosfera. Esse material domina o ar do lado da manhã. Sem esse “teto” de nuvens, o lado do fim de tarde exibiu sinais fortes de vapor de água, permitindo que a composição química do planeta aparecesse com nitidez pela primeira vez.

Onde as nuvens desaparecem

Por que razão o planeta tem nuvens na manhã e céu limpo no fim de tarde ainda é uma questão em aberto. Os investigadores apontaram duas explicações possíveis - e ambas podem estar a actuar em conjunto.

Uma hipótese envolve ventos: correntes verticais intensas poderiam elevar partículas de nuvem bem acima do lado da manhã e, depois, empurrá-las para baixo quando chegam ao lado diurno mais quente - enterrando-as em camadas profundas antes que alcancem a borda do fim de tarde.

A outra possibilidade é o calor. De um modo ou de outro, o efeito observado seria o mesmo: uma separação muito nítida entre as duas metades.

Reescrevendo a química do planeta

O céu limpo do lado do fim de tarde também obrigou a rever a leitura química do WASP-94A b. Observações anteriores do Hubble indicavam que o planeta era extremamente enriquecido em oxigénio e carbono - centenas de vezes acima dos níveis medidos em Júpiter.

Essa estimativa contrariava as teorias existentes sobre a formação de planetas gigantes.

Com base no lado do fim de tarde, onde o sinal não está obstruído por nuvens, a nova medição coloca esse enriquecimento em cerca de cinco vezes o nível de Júpiter - totalmente dentro do intervalo esperado para um gigante gasoso desse tipo.

Os cientistas atribuíram o aparente erro de 100 vezes às nuvens que “embaralharam” os dados anteriores - um problema que um estudo posterior também identificou noutros exoplanetas.

Sagnick Mukherjee, primeiro autor do trabalho e hoje pesquisador de pós-doutorado na Universidade Estadual do Arizona, disse que a mudança veio de analisar um lado de cada vez. Os números antigos não estavam exactamente errados. Estavam ilegíveis.

Nuvens em mundos alienígenas

O WASP-94A b não é uma excepção. A equipa aplicou a mesma técnica a outros oito gigantes gasosos quentes e encontrou mais dois com a mesma divisão entre manhã e fim de tarde: WASP-39 b e WASP-17 b.

Há muito que os astrónomos discutem se as partículas suspensas nesses planetas surgem por condensação de minerais ou por reacções químicas impulsionadas pela luz estelar.

Agora, três planetas apontam para a mesma conclusão: trata-se de minerais condensados, e não de uma névoa fotoquímica.

Em mundos menores, o problema pode ser ainda mais severo. Nuvens podem ter um papel ainda maior em exoplanetas rochosos e do tamanho de Neptuno na zona habitável - a faixa orbital em torno de uma estrela onde a água líquida pode ser possível.

Qualquer busca por sinais químicos de vida terá, antes de tudo, de contornar partículas em suspensão que bloqueiam o sinal.

A equipa pretende aplicar esta estratégia a uma variedade maior de planetas a seguir, incluindo um gigante gasoso que orbita dentro da zona habitável da sua estrela. A visão enevoada de atmosferas distantes começa, finalmente, a ficar mais nítida.