Temperatura e vapor de água em um exoplaneta

Este é um mapa de temperaturas da classe do exoplaneta WASP 43b, da classe "Júpier Quente". A região de cor branca no lado iluminado pelo Sol tem 2.800 graus Fahrenheit. A temperatura no lado noturno cai para menos de 1.000 graus Fahrenheit.

Uma equipe de cientistas com o  Hubble fez o mais detalhado mapa global até hoje do brilho de um turbulento planeta fora do sistema solar, revelando seus segredos e temperatura do ar e vapor d'água.

Oservações com o Hubble mostram que o exoplaneta, chamado WASP-43b, não é um lugar para ser chamado de lar. É um mundo de extremos, onde furiosos ventos sopram à velocidade do som, de uma lado diurno com temperatura de 3.000 graus Fahrenheit, quente o suficiente para derreter aço, em direção a um lado noturno escuro como breu com temperaturas que chegam abaixo de 1.000 graus Fahrenheit.

Astrônomos  mapearam as temperaturas emdiferentes camadas da atmosfera do planeta e identificaram a quantidade e distribuição de vapor d'água. As descobertas têm ramificações para a compreensão da dinâmica atmosférica e de como  planetas gigantescos como Júpiter são formados.

“Essas medições abriram as portas para novos tipos de meios de  comparar as proptiedades de diferentes tipos de planetas,” disse o chefe de equipe Jacob Bean, da Universidade de Chicago.

Descoberto em 2011, WASP-43b está distante 260 anos-luz. O planeta é  distante demais para ser fotografado, mas como sua órbita é observada de lado em relação à Terra, os astrônomos detectaram-no observando oscilações regulares na luz de sua estrela-mãe, quando ele passa diante dela.

“Nossas observações são as primeiras de seu tipo em termos de fornecer um mapa bidimensional da longitude e altitude da estrutura térmica do planeta que pode ser usado para definir a circulação atmosférica e modelos dinâmicos para exoplanetas quentes,” disse o membro de equipe Kevin Stevenson, da Universidade de Chicago.

Como uma bola quente predominantemente de gás hidrogênio, não há características superficiais no planeta, como oceanos ou continentes que possam ser usadas para verificar sua rotação. Apenas a severa diferença de temperaturas entre os lados em que é dia e noite podem ser usadas por um observador remoto para marcar a passagem do dia neste mundo.

O planeta tem aproximadamente o mesmo tamanho de Júpiter, mas é cerca de duas vezes mais denso. O planeta está tão próximo de sua anã-mãe anã laranja que completas uma órbita em apenas 19 horas. O planeta também está travado gravitacionalmente, de forma que mantém um hemisfério sempre voltado para a estrela, assim como a Lua mostra apenas uma face quando vista da Terra.

Esta foi a primeira vez que os astrônomos puderam também  observar três rotações completas de um planet,  a qual ocorreum em um lapso de tempo de quatro dias. Cientistas combinaram dois métodos práevios de análise de exoplanetas em uma técnica sem precedentes para estudar a atmosfera de WASP-43b. Eles usaram a espectroscopia, dividindo a luz do planeta em suas cores componentes, para determinar a quantidade de água e as temperaturas da atmosfera. Ao observar a rotação do planeta, os astrônomos também puderam meidr com precisão como a água é distribuída em diferentes longitudes.

Como não há nenhum planeta com essas condições terríveis em nosso sistema solar, caracterizar a atmosfera de um mundo estranho assim proporciona um laboratório sem igual para uma melhor compreensão da formação de planetas e da física planetária.

“O planeta é tão quente que toda a água de sua atmosfera é vaporizada, em vez de ser condensada em nuvens geladas, como em Júpiter,” disse a membro da equipe Laura Kreidberg , da Universidade de Chicago.

A quantidade de água em planetas gigantes de nosso sistema solar é pouco conhecida porque a água  que se precipitou das atmosferas superiores de planteas gigantes frios e gasosos como Júpiter está aprisionada na forma de gelo. Mas os gigantes gasosos chamados “Júpiteres quentes” têm altas temperaturas superficiais porque orbitam suas estrelas muito de perto, e a água está em forma de um vapor que pode ser rapidamente identificado.

“Acredita-se que a água tenha um papel importante na formação de planetas gigantes, já que astros como cometas bombardeiam jovens planetas, levando a maior parte da água e outras moléculas que se podem observar,”disse Jonathan Fortney,  membros da equipe da Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

Para entender como planetas gigantes se formarm, os astrônomos querem saber quão ricos eles são em diferentes elementos. A equipe descobriu que WASP-43b tem aproximadamente a mesma quantidade de água que se esperaria de um objeto com a mesma composição química do Sol, esclarecendo os fundamentos da formação do planeta. A equipe pretente em seguida fazer medições da abundância de água para diferentes planetas.


Tradução de Luiz Leitão

This is a temperature map of the "hot Jupiter" class exoplanet WASP 43b. The white-colored region on the daytime side is 2,800 degrees Fahrenheit. The nighttime side temperatures drop to under 1,000 degrees Fahrenheit.

A team of scientists using NASA’s Hubble Space Telescope has made the most detailed global map yet of the glow from a turbulent planet outside our solar system, revealing its secrets of air temperatures and water vapor.

Hubble observations show the exoplanet, called WASP-43b, is no place to call home. It is a world of extremes, where seething winds howl at the speed of sound from a 3,000-degree-Fahrenheit “day” side, hot enough to melt steel, to a pitch-black “night” side with plunging temperatures below 1,000 degrees Fahrenheit.

Astronomers have mapped the temperatures at different layers of the planet's atmosphere and traced the amount and distribution of water vapor. The findings have ramifications for the understanding of atmospheric dynamics and how giant planets like Jupiter are formed.

“These measurements have opened the door for a new kinds of ways to compare the properties of different types of planets,” said team leader Jacob Bean of the University of Chicago.

First discovered in 2011, WASP-43b is located 260 light-years away. The planet is too distant to be photographed, but because its orbit is observed edge-on to Earth, astronomers detected it by observing regular dips in the light of its parent star as the planet passes in front of it.

“Our observations are the first of their kind in terms of providing a two-dimensional map on the longitude and altitude of the planet’s thermal structure that can be used to constrain atmospheric circulation and dynamical models for hot exoplanets,” said team member Kevin Stevenson of the University of Chicago.

As a hot ball of predominantly hydrogen gas, there are no surface features on the planet, such as oceans or continents that can be used to track its rotation. Only the severe temperature difference between the day and night sides can be used by a remote observer to mark the passage of a day on this world.

The planet is about the same size as Jupiter, but is nearly twice as dense. The planet is so close to its orange dwarf host star that it completes an orbit in just 19 hours. The planet also is gravitationally locked so that it keeps one hemisphere facing the star, just as our moon keeps one face toward Earth.

This was the first time astronomers were able to observe three complete rotations of any planet, which occurred during a span of four days. Scientists combined two previous methods of analyzing exoplanets in an unprecedented technique to study the atmosphere of WASP-43b. They used spectroscopy, dividing the planet’s light into its component colors, to determine the amount of water and the temperatures of the atmosphere. By observing the planet’s rotation, the astronomers also were able to precisely measure how the water is distributed at different longitudes.

Because there is no planet with these tortured conditions in our solar system, characterizing the atmosphere of such a bizarre world provides a unique laboratory for better understanding planet formation and planetary physics.

“The planet is so hot that all the water in its atmosphere is vaporized, rather than condensed into icy clouds like on Jupiter,” said team member Laura Kreidberg of the University of Chicago.

The amount of water in the giant planets of our solar system is poorly known because water that has precipitated out of the upper atmospheres of cool gas giant planets like Jupiter is locked away as ice. But so-called “hot Jupiters,” gas giants that have high surface temperatures because they orbit very close to their stars, water is in a vapor that can be readily traced.

“Water is thought to play an important role in the formation of giant planets, since comet-like bodies bombard young planets, delivering most of the water and other molecules that we can observe,” said Jonathan Fortney, a member of the team from the University of California, Santa Cruz.

In order to understand how giant planets form astronomers want to know how enriched they are in different elements. The team found that WASP-43b has about the same amount of water as we would expect for an object with the same chemical composition as our sun, shedding light on the fundamentals about how the planet formed. The team next aims to make water-abundance measurements for different planets.