Telescópio James Webb observa uma exoplaneta perdendo sua atmosfera em tempo real

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 computacionais avançados desenvolvidos na UNIGE, os dados oferecem a visão mais detalhada até agora sobre a fuga atmosférica, um poderoso processo que pode moldar um planeta ao longo de longos períodos de tempo. Os achados foram publicados na Nature Communications.

Um Júpiter Ultra Quente Sob Condições Extremas

WASP-121b pertence a uma classe de planetas conhecidos como Júpiter ultra quentes. Esses enormes gigantes gasosos 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 vários milhares de graus.

Com um calor tão extremo, elementos leves como hidrogênio e hélio podem se libertar e flutuar no espaço. Ao longo de milhões de anos, essa perda constante de material atmosférico pode alterar significativamente o tamanho, a composição e a evolução de longo prazo do planeta.

Por que a Observação Contínua é Importante

Até agora, os astrônomos só puderam estudar a fuga atmosférica durante curtas transições planetárias — os breves momentos em que um planeta passa na frente de sua estrela da perspectiva da Terra. Esses instantâneas 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 Acompanhada pelo James Webb

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

Essa observação prolongada permitiu que os cientistas rastreassem a fuga atmosférica com um detalhamento e precisão sem precedentes.

Duas Caudas de Hélio Massivas Descobertas

Ao medir como o hélio absorve 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 por mais da metade da órbita do planeta, marcando a observação contínua mais longa de fuga atmosférica até o momento.

Ainda mais impressionante, o hélio não forma um único fluxo. Em vez disso, ele se divide em duas caudas distintas. Uma se arrasta atrás do planeta, empurrada pela radiação estelar e pelos ventos. A outra se curva 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 quanto tempo a fuga de hélio durou”, explica Romain Allart, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Montreal, ex-estudante 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 sua interação 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 de longa data no estudo da fuga atmosférica. Modelos numéricos desenvolvidos lá desempenharam um papel fundamental na interpretação das primeiras detecções de hélio feitas pelo JWST.

Embora esses modelos consigam descrever caudas de gás simples, em forma de cometas, eles enfrentam dificuldades para recriar a estrutura de cauda dupla observada ao redor do WASP-121b. “Essa descoberta indica que a estrutura desses fluxos resulta tanto da gravidade quanto dos ventos estelares, tornando uma nova geração de simulações em 3D essencial para analisar sua física”, explica Yann Carteret, estudante de doutorado no 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 a fuga atmosférica, e a sensibilidade do JWST agora permite que os cientistas o detectem em distâncias e intervalos de tempo sem precedentes. Observações futuras ajudarão a determinar se a estrutura de cauda dupla observada ao redor do WASP-121b é rara ou comum entre exoplanetas quentes.

Os pesquisadores também precisarão aprimorar seus modelos teóricos para explicar melhor como a gravidade, a radiação e os ventos estelares interagem para moldar essas atmosferas em fuga.

“Muito frequentemente, novas observações revelam as limitações de nossos modelos numéricos e nos forçam a explorar novos mecanismos físicos para avançar nosso entendimento sobre esses mundos distantes”, conclui Vincent Bourrier, professor e pesquisador no Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade de Genebra e coautor do estudo.