Astrónomos da Universidade de Genebra (UNIGE), do Pólo de Investigação Nacional PlanetS e do Instituto Trottier de Investigação sobre Exoplanetas (IREx) da Universidade de Montreal (UdeM) fizeram uma descoberta impressionante graças ao Telescópio Espacial James Webb (JWST). Pela primeira vez, os cientistas monitorizaram de forma contínua a atmosfera que está escapando de um exoplaneta durante uma órbita completa.
Resultado: o gigante gasoso WASP-121b está rodeado não por uma, mas por duas enormes caudas de hélio que se estendem por mais de metade do seu caminho em torno da sua estrela. Estas observações, combinadas com os modelos numéricos desenvolvidos na UNIGE, oferecem o retrato mais detalhado alguma vez obtido do fenómeno de escape atmosférico, um processo que pode transformar profundamente um planeta ao longo do tempo. Os resultados são publicados na Nature Communications.
Esta representação artística do exoplaneta WASP-121 b mostra a sua impressionante dupla cauda de hélio que se estende por quase 60% da sua órbita em torno da sua estrela hospedeira.
© B. Gougeon/UdeM
Da família dos Júpiteres ultraquentes, o WASP-121b é um imenso planeta gasoso que orbita tão perto da sua estrela que a sua revolução dura apenas 30 horas. A intensa radiação da estrela aquece a sua atmosfera a vários milhares de graus, permitindo que gases leves como o hidrogénio e o hélio escapem para o espaço. Ao longo de milhões de anos, este lento escape atmosférico pode alterar o tamanho, a composição e a evolução futura do planeta.
Até agora, os cientistas só tinham obtido breves vislumbres destes fluxos atmosféricos durante os trânsitos planetários, essas poucas horas em que o planeta passa em frente à sua estrela. Sem monitorização contínua, era impossível saber até onde estes fluxos se estendiam ou como evoluíam.
Utilizando o espectrógrafo no infravermelho próximo (NIRISS) do Telescópio Espacial James Webb, os cientistas observaram o WASP-121b durante quase 37 horas consecutivas, cobrindo mais do que uma órbita completa. Trata-se da observação contínua mais completa alguma vez realizada da presença de hélio num planeta.
Ficámos incrivelmente surpreendidos ao ver quão persistente era o escape de hélio.
Duas enormes caudas de gás
Ao seguir a absorção dos átomos de hélio no infravermelho, os cientistas descobriram que o gás que rodeia o WASP-121b se estende bem para além do próprio planeta. O sinal persiste por mais de metade da órbita, constituindo a deteção contínua mais longa de escape atmosférico alguma vez observada.
Ainda mais notável: as partículas de hélio formam duas caudas distintas. Uma cauda atrasada, empurrada pela radiação e pelo vento estelar, e uma cauda principal, curvada para a frente do planeta, provavelmente atraída para a estrela pela sua gravidade. Juntas, estes dois "fluxos" cobrem uma distância equivalente a mais de 100 vezes o diâmetro do planeta, ou mais do que três vezes a distância que separa o planeta da sua estrela.
"Ficámos incrivelmente surpreendidos ao ver quão persistente era o escape de hélio", explica Romain Allart, pós-doutorando na Universidade de Montreal, antigo doutorando na UNIGE e autor principal do artigo. "Esta descoberta revela a complexidade dos processos físicos que esculpem as atmosferas exoplanetárias e a sua interação com o ambiente estelar. Estamos apenas a começar a descobrir a verdadeira complexidade destes mundos."
Os próximos passos para WASP-121b e além
O hélio tornou-se num dos traçadores mais poderosos do escape atmosférico, e a sensibilidade única do JWST permite agora detetá-lo a distâncias e durações nunca antes alcançadas. Observações futuras do JWST serão indispensáveis para determinar se a estrutura de dupla cauda observada em torno do WASP-121b é única ou comum em exoplanetas quentes. Os cientistas também precisam de refinar as suas teorias para entender melhor esta estrutura.
"Muito frequentemente, novas observações mostram os limites dos nossos modelos numéricos e empurram-nos a explorar novos mecanismos físicos para alargar ainda mais a nossa compreensão destes mundos distantes", conclui Vincent Bourrier, mestre de ensino e investigação no Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE e coautor do estudo.