Astrônomos da Universidade de Genebra (UNIGE), do Centro Nacional de Competência em Pesquisa PlanetS, e do Instituto Trottier para Pesquisa em Exoplanetas (IREx) da Universidade de Montreal (UdeM) fizeram um avanço significativo usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST). Pela primeira vez, os pesquisadores monitoraram continuamente o gás escapando da atmosfera de um exoplaneta ao longo de uma órbita completa ao redor de sua estrela.
As observações revelaram um resultado inesperado e dramático. O gigante gasoso WASP-121b é cercado por não apenas um, mas dois enormes fluxos de hélio que se estendem por mais da metade de sua órbita. Quando combinados com modelos de computador avançados desenvolvidos na UNIGE, os dados oferecem a mais detalhada visão até o momento do escape atmosférico, um poderoso processo que pode reconfigurar um planeta ao longo de longos períodos. As descobertas foram publicadas na Nature Communications.
Um Júpiter Ultra Quente em Condições Extremas
WASP-121b pertence a uma classe de planetas conhecidos como Júpiteres ultra quentes. Esses gigantes gasosos massivos orbitam extremamente próximos de suas estrelas, e o WASP-121b completa uma revolução completa em apenas 30 horas. Devido à sua proximidade, a intensa radiação da estrela aquece a atmosfera do planeta a temperaturas de milhares de graus.
Com tanto calor extremo, elementos leves como hidrogênio e hélio podem se libertar e flutuar para o espaço. Ao longo de milhões de anos, essa perda contínua de material atmosférico pode alterar significativamente o tamanho, composição e evolução a longo prazo do planeta.
Por que a Observação Contínua é Importante
Até agora, os astrônomos só podiam estudar o escape atmosférico durante breves trânsitos planetários — os momentos curtos em que um planeta passa na frente de sua estrela da perspectiva da Terra. Essas capturas duravam apenas algumas horas e forneciam informações limitadas.
Sem monitoramento ininterrupto, os cientistas não podiam determinar até onde o gás escapando se estendia ou como sua estrutura mudava ao longo do tempo.
Uma Órbita Completa Monitorada pelo James Webb
Usando o Espectrômetro de Infravermelho Próximo (NIRISS) a bordo do Telescópio Espacial James Webb, a equipe de pesquisa observou WASP-121b por quase 37 horas consecutivas. Essa janela abrangeu mais de uma órbita completa, fazendo dela a detecção contínua mais extensa de hélio já registrada em torno de um planeta.
Essa observação prolongada permitiu que os cientistas rastreassem o escape atmosférico com um detalhe e precisão incomparáveis.
Duas Massivas Caudas de Hélio Descobertas
Ao medir como o hélio absorve luz infravermelha, os pesquisadores descobriram que o gás ao redor de WASP-121b se espalha muito além do próprio planeta. O sinal de hélio permanece visível por mais da metade da órbita do planeta, marcando a observação contínua mais longa de escape atmosférico até agora.
Mais impressionante ainda, o hélio não forma um único fluxo. Em vez disso, divide-se em duas caudas distintas. Uma fica atrás do planeta, empurrada pela radiação estelar e ventos. A outra curva-se à frente do planeta, provavelmente puxada para frente pela gravidade da estrela. Juntas, essas correntes de gás se estendem por uma distância maior do que 100 vezes o diâmetro do planeta, ou mais de três vezes a distância entre o planeta e sua estrela.
“Ficamos incrivelmente surpresos ao ver como a fuga de hélio durou tanto,” explica Romain Allart, um pesquisador pós-doutoral na Universidade de Montreal, ex-aluno de doutorado na Universidade de Genebra e autor principal do artigo. “Essa descoberta revela a complexidade dos processos físicos que modelam as atmosferas de exoplanetas e suas interações com seu ambiente estelar. Estamos apenas começando a descobrir a verdadeira complexidade desses mundos.”
Modelando os Limites das Teorias Atuais
O Departamento de Astronomia da Universidade de Genebra (UNIGE) tem sido um líder na pesquisa de escape atmosférico. Modelos numéricos desenvolvidos lá desempenharam um papel crucial na interpretação das primeiras detecções de hélio feitas pelo JWST.
Embora esses modelos descrevam com sucesso caudas de gás simétricas tipo cometas, eles lutam para reproduzir a estrutura de cauda dupla observada ao redor de WASP-121b. “Essa descoberta indica que a estrutura desses fluxos resulta tanto da gravidade quanto dos ventos estelares, tornando uma nova geração de simulações 3D essencial para analisar sua física,” explica Yann Carteret, um estudante de doutorado do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE e coautor do estudo.
O Que Vem a Seguir para a Pesquisa de Exoplanetas
O hélio se tornou uma das ferramentas mais eficazes para rastrear o escape atmosférico, e a sensibilidade do JWST agora permite que os cientistas o detectem em distâncias e períodos sem precedentes. Futuras observações ajudarão a determinar se a estrutura de cauda dupla vista ao redor de WASP-121b é rara ou comum entre exoplanetas quentes.
Os pesquisadores também precisarão refinar seus modelos teóricos para explicar melhor como a gravidade, radiatividade e ventos estelares interagem para moldar essas atmosferas em escapada.
“Frequentemente, novas observações revelam as limitações de nossos modelos numéricos e nos empurram a explorar novos mecanismos físicos para avançar nossa compreensão desses mundos distantes,” conclui Vincent Bourrier, professor e pesquisador do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade de Genebra e coautor do estudo.
