Uma equipa internacional, que integra o estudante de doutoramento em Astronomia da FCUP, Yuri Damasceno, investigador do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), descobriu poderosos ventos no exoplaneta WASP-121b, que transportam elementos químicos como ferro e titânio, criando padrões meteorológicos complexos na atmosfera do planeta. Esta descoberta, publicada na revista Nature, só foi possível graças à precisão do espectrógrafo ESPRESSO e ao poder combinado dos quatro telescópios principais do Very Large Telescope (VLT), do Observatório Europeu do Sul (ESO).

“O WASP-121b, também conhecido por Tylos, faz parte de uma família de planetas única, que têm as temperaturas mais altas que conhecemos para planetas, em todo o Universo”, comenta Yuri Damasceno, que frequenta o 1º ano do Programa Doutoral em Astronomia.

A cerca de 900 anos-luz de distância, este exoplaneta é um júpiter ultraquente, um gigante gasoso que orbita tão perto da sua estrela, que completa uma volta em apenas 30 horas. Além disso, tem uma rotação síncrona, isto é, um dos lados do planeta está sempre virado para a estrela e é extremamente quente, enquanto o outro lado está permanentemente de noite, sendo por isso extremamente frio.

O estudante de doutoramento no IA e no Departamento de Física e Astronomia da FCUP (DFA-FCUP) explica ainda que a equipa, que integra também os investigadores do IA/DFA-FCUP, Olivier Demangeon, Sérgio Sousa e o docente e investigador Nuno Cardoso Santos: “conseguiu sondar profundamente a atmosfera de Tylos, o que revelou ventos distintos em diferentes camadas, levando à criação de um mapa tridimensional da estrutura da atmosfera, sendo que esta é a primeira vez que os astrónomos conseguem estudar a atmosfera de um planeta fora do Sistema Solar com tal profundidade e detalhe”.

“A atmosfera deste planeta comporta-se de formas que desafiam a nossa compreensão sobre como o clima funciona — não apenas na Terra, mas em todos os planetas. Parece algo saído da ficção científica”, afirma Julia Seidel, investigadora do ESO e autora principal do estudo. “A dinâmica de mundos extremos como Tylos desafia completamente os padrões a que estamos acostumados no Sistema Solar”, acrescenta Damasceno. “É um passo gigante para compreender como funcionam estes planetas extremos e o comportamento das suas atmosferas”, conclui o investigador português.

O “caminho” até WASP-121b

Nos últimos 5 anos, Tylos e outros exoplanetas semelhantes têm sido amplamente estudados pela equipa de Sistemas Planetários do IA que descobriu, por exemplo, um efeito glória, ou a presença de Bário na atmosfera.

“Estes resultados estão em sintonia com os que a nossa equipa publicou no ano passado, sobre o WASP-76 b, um planeta em muitos aspetos semelhante ao WASP-121 b. A atmosfera destes planetas gasosos extremamente quentes é muito mais complexa do que pensávamos inicialmente ”, comenta Olivier Demangeon.

No artigo agora revelado na Nature, a equipa relata também a descoberta de uma corrente de jato, que transporta material ao redor do equador e que se estende por metade do planeta, ganhando velocidade e agitando violentamente a atmosfera ao passar pelo lado quente. Um fluxo separado, em camadas mais profundas da atmosfera, move gases do lado quente para o lado frio. “Até os furacões mais fortes do Sistema Solar parecem calmos em comparação”, acrescenta Julia Seidel.

Os mais avançados instrumentos

O espectrógrafo ESPRESSO, instalado no VLT do ESO. (Créditos: ESO/P. Horálek)

Ao observar o planeta durante um trânsito completo à frente da sua estrela, o ESPRESSO conseguiu detetar assinaturas de vários elementos químicos, em diferentes camadas da atmosfera e acompanhou os movimentos de ferro, sódio e hidrogénio, permitindo rastrear os ventos nas camadas profundas, intermédias e superficiais da atmosfera do planeta, respetivamente.

Num artigo complementar, publicado na revista Astronomy & Astrophysics, a equipa relata ainda a descoberta de titânio logo abaixo da corrente de jato. Esta descoberta foi inesperada, uma vez que observações anteriores de Tylos não tinham identificado este elemento, possivelmente porque se encontrava oculto nas camadas mais profundas da atmosfera.

Na linha da frente da investigação em exoplanetas

A estratégia do IA na área da deteção e caracterização de exoplanetas, atualmente em plena implementação com os espectrógrafos ESPRESSO E NIRPS7 e com a missão espacial Cheops (ESA), irá continuar no futuro próximo, com a próxima geração de instrumentos e missões espaciais com forte envolvimento do IA. Isto inclui as missões espaciais da ESA PLATO e ARIEL, com lançamentos previstos para 2026 e 2029, respetivamente, e com o espectrógrafo ANDES8 previsto entrar em funcionamento no início da década de 2030, quando for instalado no maior telescópio da próxima geração, o ELT (ESO).

Todos estes estudos estão a preparar a equipa do IA para os próximos grandes passos, onde instrumentos como o ANDES terão um papel fundamental. É expectável que o ANDES lhes permita a deteção de substâncias químicas nas atmosferas de planetas semelhantes à Terra, o que abre a porta à deteção de biomarcadores.

“O ESPRESSO está-nos a permitir abrir caminho para a ciência que vai ser feita com o próximo grande projeto na área: o espectrógrafo ANDES, para o ELT. A nossa forte contribuição para o projeto ANDES, no qual a equipa do IA é responsável tanto pelos desenvolvimentos científicos como tecnológicos, irá garantir que estaremos na linha da frente de novas descobertas nesta área”, acrescenta Nuno Cardoso Santos, líder da equipa de Sistemas Planetários do IA e Professor no Departamento de Física e Astronomia da FCUP.