Liderado por pesquisadores da Universidade de Maryland e da Universidade Cornell, o estudo mapeia a temperatura em WASP-18b, que é classificado como um “Júpiter ultraquente” localizado a 400 anos-luz da Terra. A equipe usou um método chamado mapeamento de eclipse 3D, também conhecido como mapeamento espectroscópico de eclipse, que é a primeira vez que esta técnica foi usada para criar um mapa de temperatura 3D completo. O trabalho expande o mapa de eclipses 2D da equipe lançado em 2023 usando observações altamente sensíveis do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA.

“Esta técnica é na verdade capaz de sondar todas as três dimensões simultaneamente: latitude, longitude e altitude”, disse Megan Wiener Mansfield, professora assistente de astronomia na UMT e co-autora principal do artigo. “Isso nos dá um nível de detalhe muito maior do que o necessário para estudar esses corpos celestes.”

Com esta abordagem, os cientistas podem começar a mapear variações atmosféricas em muitos dos exoplanetas visíveis pelo JWST, os telescópios terrestres que outrora documentaram a Grande Mancha Vermelha de Júpiter e as suas nuvens circundantes.

“O mapeamento de eclipses permite-nos obter imagens de exoplanetas que não podemos ver diretamente porque as suas estrelas hospedeiras são muito brilhantes,” disse Ryan Challenor, co-autor principal do artigo e pós-doutorando no Departamento de Astronomia da Universidade Cornell. “Com este telescópio e esta nova técnica, podemos começar a compreender exoplanetas no mesmo planeta que os nossos vizinhos do sistema solar.”

Os exoplanetas são difíceis de detectar porque são geralmente mais fracos que as suas estrelas, contribuindo frequentemente com menos de 1% da luz total. O mapeamento do eclipse mede pequenas variações nessa luz à medida que a eclíptica se move atrás da sua estrela, obscurecendo e expondo alternadamente diferentes áreas. Ao correlacionar estas pequenas alterações de brilho em locais específicos do planeta e analisá-las em múltiplas cores, os cientistas podem reconstruir as temperaturas ao longo da latitude, longitude e altitude.

WASP-18b é adequado para este experimento porque tem uma massa de 10 Júpiteres, completa uma órbita em 23 horas e atinge temperaturas de 5.000 graus Fahrenheit. Essas propriedades fornecem um sinal relativamente forte para um novo método de mapeamento.

O mapa 2D anterior da equipe usava luz monocromática. Para a versão 3D, eles reanalisaram os mesmos dados JWST do Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) em vários comprimentos de onda. Cada cor sonda uma camada diferente da atmosfera do WASP-18b e corresponde a uma temperatura e altitude específicas. A combinação dessas camadas fornece uma estrutura de temperatura tridimensional detalhada.

“Se fizermos um mapa no comprimento de onda que a água absorve, veremos a camada de água na atmosfera, enquanto o comprimento de onda não absorvente irá sondar mais profundamente”, explicou Challenor. “Se você juntá-los, poderá obter um mapa 3D da temperatura nesta atmosfera.”

A análise 3D identifica zonas espectroscopicamente distintas no perpétuo dia do planeta, que estão sempre voltadas para a estrela porque o planeta está bloqueado pelas marés. Um ponto quente circular fica onde a luz da estrela o atinge diretamente, e o vento parece fraco demais para dissipar esse calor com eficiência. Um anel frio envolve o centro quente próximo ao limite do planeta. As medições mostram uma diminuição do vapor de água na região quente em comparação com a média planetária.

“Vimos isto acontecer ao nível da população, onde podemos ver um planeta frio e um planeta quente sem água”, explicou Wiener Mansfield. “Mas esta é a primeira vez que o vemos romper-se num planeta. É uma atmosfera, mas vemos regiões frias com água e regiões quentes. Está previsto pela teoria, mas é realmente emocionante vê-lo com observações reais.”

Observações adicionais do JWST podem aprimorar os detalhes espaciais em futuros mapas de eclipses 3D. Weiner Mansfield observou que este método abre novas oportunidades para estudar muitos “Júpiteres quentes”, que são centenas dos mais de 6.000 exoplanetas confirmados. Ele também pretende aplicar o mapeamento de eclipses 3D a mundos rochosos menores, além de gigantes gasosos como o WASP-18b.

“É muito emocionante que finalmente tenhamos as ferramentas para mapear a temperatura de um planeta diferente com tanto detalhe. Isto prepara-nos para aplicar esta técnica a outros tipos de exoplanetas. Por exemplo, se um planeta não tem atmosfera, podemos usar a técnica para mapear a temperatura da superfície para compreender a sua composição,” disse Mansfield. “Embora o WASP-18b fosse muito previsível, acredito que teremos a oportunidade de ver coisas que nunca vimos antes.”

Esta pesquisa foi apoiada pelo Programa Científico de Liberação Antecipada da Comunidade de Exoplanetas em Trânsito do Telescópio Espacial James Webb.