Céus cheios de arco-íris e “sundogs”: estudo revela que podem ser visíveis sinais ópticos nas atmosferas de exoplanetas
Por vezes, os cristais de gelo na atmosfera da Terra alinham-se na perfeição para criar vários efeitos visuais impressionantes, desde um halo à volta da Lua, a pontos brilhantes chamados "sundogs" em ambos os lados do sol num céu de inverno, ou um pilar de arco-íris, chamado crown flash, por cima de uma nuvem de tempestade.
Fenómenos semelhantes podem aparecer nos céus de alguns exoplanetas da variedade “Júpiter quente”, um tipo comum de gigante gasoso que orbita sempre perto da sua estrela hospedeira, descobriram os astrónomos de Cornell.
No WASP 17b, um exoplaneta de Júpiter quente, ventos de 10.000 milhas por hora podem alinhar partículas em nuvens feitas de quartzo e outros aerossóis minerais cristalinos, criando condições em que a poeira polarizada pode interagir com a luz das estrelas da mesma forma que cristais de gelo alinhados interagem com a luz do Sol na Terra.
Elijah Mullens, M.S. '24, estudante de doutoramento em astronomia e coautor do estudo.
"Silicate Sundogs: Probing the Effects of Grain Directionality in Exoplanet Observations" foi publicado no The Astrophysical Journal Letters. No artigo, Mullens e a coautora Nikole Lewis, professora associada de astronomia na Faculdade de Artes e Ciências, propõem que existem condições na atmosfera deste exoplaneta para que o vento alinhe os cristais de silicato - um processo chamado alinhamento mecânico - criando efeitos visuais.
Ideia de alinhamento mecânico foi avançada em 1952 para explicar o que alinha a poeira no meio interestelar
De acordo com Lewis, o professor de astronomia da Universidade de Cornell Tommy Gold propôs em 1952 que o movimento do gás alinhava as partículas de poeira, como se o ar estivesse a soprar sobre elas. A sua teoria do alinhamento mecânico caiu em desuso para as partículas de poeira do ISM. Mas agora, os investigadores dizem que é mais provável que os campos magnéticos e os torques radiativos, em que a luz das estrelas aquece um dos lados, façam com que as partículas se alinhem.
“Agora vemos que a proposta de 1952 não funciona para o meio interestelar, mas provavelmente funciona para um exoplaneta Júpiter quente, uma atmosfera planetária muito quente com ventos de alta velocidade”, disse Lewis, cuja especialidade é a dinâmica atmosférica destes exoplanetas. “Quando começámos a olhar para as atmosferas planetárias, em particular para estes Júpiteres quentes, ocorreu-me que, com ventos de 10.000 milhas por hora a zumbir nestas atmosferas muito densas, certamente os grãos se alinhariam”.
“Não esperávamos ver cristais de quartzo numa atmosfera quente de Júpiter”, disse Lewis. “Estávamos a prever algo completamente diferente”.
Os cristais de quartzo são minúsculos: com 10 nanómetros de diâmetro, 10.000 poderiam caber lado a lado num cabelo humano. E têm uma forma alongada, como os barcos, disse Mullens. Num vento, os cristais comportam-se como um grupo de barcos num rio com uma corrente forte. “Se colocar um monte desses cristais em ventos muito fortes, como esperamos em Júpiteres quentes, eles vão alinhar-se com o vento como barcos numa corrente”, disse.
Mas mesmo que não se alinhem horizontalmente com o vento, como proposto neste trabalho, disse Mullens, os cristais são suscetíveis de serem dispostos de alguma forma - talvez verticalmente, ou com campos elétricos, ou mesmo aleatoriamente - que criem efeitos visuais a partir de interações com a luz da sua estrela.
Tanto na Terra como num exoplaneta, efeitos visuais revelam muito sobre o que se está a passar na atmosfera
Os investigadores podem ver estes efeitos com o JWST, um telescópio de infravermelhos. Não podem tirar fotografias do WASP 17b porque está muito longe, disse Lewis, mas “se conseguíssemos tirar uma fotografia do WASP 17b em comprimentos de onda ópticos e resolver o disco do planeta, veríamos este tipo de caraterísticas sundog”.
"Para além de serem bonitos, estes efeitos podem ensinar-nos como os cristais estão a interagir na atmosfera. É realmente rico em informação, tal como na Terra, onde as condições atmosféricas precisam de ser de uma certa forma para que estejam orientados horizontalmente para produzir um sundog", disse. “Se virmos algo semelhante num Júpiter quente, podemos saber algo sobre a forma como os cristais estão a interagir com as forças locais”.
Mullens vai continuar a estudar a direcionalidade das partículas no WASP 17b muito em breve. É o investigador principal de uma proposta para mais observações do exoplaneta, aceite pelo JWST para o próximo ano.
Referência da notícia
Elijah Mullens et al, Silicate Sundogs: Probing the Effects of Grain Directionality in Exoplanet Observations, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ade885