Os cientistas encontraram a evidência mais forte até o momento para uma estratosfera em um enorme planeta fora do nosso sistema solar, com uma atmosfera quente o suficiente para ferver o ferro.

Uma equipe internacional de pesquisadores, liderado pela Universidade de Exeter, fez a nova descoberta ao observar moléculas de água brilhantes na atmosfera do exoplaneta WASP-121b com o telescópio espacial Hubble da NASA.

Para estudar a estratosfera do gigante gasoso - uma camada da atmosfera onde a temperatura aumenta com altitudes mais elevadas - os cientistas usaram a espectroscopia para analisar como o brilho do planeta mudou em diferentes comprimentos de onda de luz.

O vapor de água na atmosfera do planeta, por exemplo, se comporta de maneiras previsíveis em resposta a diferentes comprimentos de onda de luz, dependendo da temperatura da água. Em temperaturas mais baixas, o vapor de água na atmosfera superior do planeta bloqueia a luz de comprimentos de onda específicos que irradiam de camadas mais profundas em direção ao espaço. Mas em temperaturas mais altas, as moléculas de água na atmosfera superior brilham nesses comprimentos de onda.

O fenômeno é semelhante ao que acontece com fogos de artifício, que obtêm suas cores de produtos químicos que emitem luz. Quando as substâncias metálicas são aquecidas e vaporizadas, seus elétrons se movem para estados de energia mais elevados. Dependendo do material, esses elétrons vão emitir luz em comprimentos de onda específicos à medida que perdem energia:o sódio produz amarelo-laranja e o estrôncio produz vermelho neste processo, por exemplo.

As moléculas de água na atmosfera do WASP-121b emitem radiação à medida que perdem energia, mas é na forma de luz infravermelha, que o olho humano é incapaz de detectar.

A pesquisa é publicada em um importante jornal científico Natureza .

"Modelos teóricos têm sugerido que as estratosferas podem definir uma classe especial de exoplanetas ultra-quentes, com importantes implicações para a física e química atmosférica, "disse o Dr. Tom Evans, autor principal e pesquisador da University of Exeter. "Quando apontamos o Hubble para WASP-121b, vimos moléculas de água brilhantes, implicando que o planeta tem uma estratosfera forte. "

WASP-121b, localizado a aproximadamente 900 anos-luz da Terra, é um exoplaneta gigante gasoso comumente referido como um 'Júpiter quente', embora com uma massa e raio maiores do que Júpiter, tornando-o muito mais inchado. O exoplaneta orbita sua estrela hospedeira a cada 1,3 dias, e está na distância mais próxima que poderia estar antes que a gravidade da estrela começasse a destruí-la.

Essa proximidade também significa que o topo da atmosfera é aquecido a um calor escaldante 2, 500 graus Celsius - a temperatura na qual o ferro existe na forma gasosa, em vez de na forma sólida.

Na estratosfera da Terra, ozônio captura a radiação ultravioleta do sol, o que aumenta a temperatura dessa camada da atmosfera. Outros corpos do sistema solar têm estratosferas, também - o metano é responsável pelo aquecimento nas estratosferas de Júpiter e na lua de Saturno, Titã, por exemplo. Nos planetas do sistema solar, a mudança na temperatura dentro de uma estratosfera é normalmente inferior a 100 graus Celsius. Contudo, no WASP-121b, a temperatura na estratosfera aumenta em 1000 graus Celsius.

"Medimos um forte aumento na temperatura da atmosfera do WASP-121b em altitudes mais elevadas, mas ainda não sabemos o que está causando esse aquecimento dramático, "diz Nikolay Nikolov, co-autor e pesquisador da University of Exeter. "Esperamos resolver esse mistério com observações futuras em outros comprimentos de onda."

Os gases de óxido de vanádio e óxido de titânio são fontes de calor candidatas, como eles absorvem fortemente a luz das estrelas em comprimentos de onda visíveis, semelhante à radiação UV de absorção de ozônio. Espera-se que esses compostos estejam presentes apenas no Júpiter mais quente, como WASP-121b, pois altas temperaturas são necessárias para mantê-los no estado gasoso.

De fato, óxido de vanádio e óxido de titânio são comumente vistos em anãs marrons, 'estrelas falhadas' que têm algumas semelhanças com exoplanetas.

Pesquisas anteriores ocorridas na última década indicaram possíveis evidências de estratosferas em outros exoplanetas, mas esta é a primeira vez que moléculas de água brilhantes foram detectadas, o sinal mais claro ainda para uma estratosfera de exoplanetas.

É um dos primeiros resultados de um novo programa de observação conduzido por uma equipe internacional de cientistas, liderado pelo Professor Associado David Sing na Universidade de Exeter e Dra. Mercedes Lopez-Mórales na Smithsonian Institution. O programa recebeu 800 horas para estudar e comparar 20 exoplanetas diferentes, representando uma das maiores alocações de tempo para um único programa em toda a história de 27 anos do Hubble.

"Esta nova pesquisa é a prova fumegante que os cientistas têm procurado ao estudar exoplanetas quentes. Descobrimos que este Júpiter quente tem uma estratosfera, uma característica comum observada na maioria dos planetas do nosso sistema solar. "diz o professor David Sing, co-autor e Professor Associado de Astrofísica da Universidade de Exeter.

"É uma descoberta verdadeiramente emocionante, pois estamos vendo diferenças dramáticas de planeta para planeta, o que está dando pistas valiosas para descobrir como os planetas se comportam em diferentes condições, e estamos apenas arranhando a superfície de todos os novos dados do Hubble. "

O futuro Telescópio Espacial James Webb da NASA será capaz de acompanhar a atmosfera de planetas como o WASP-121b com maior sensibilidade do que qualquer telescópio atualmente no espaço.

"Este exoplaneta superaquecido será uma referência para nossos modelos atmosféricos, e será um grande alvo de observação na era Webb, "disse Hannah Wakeford, co-autor e pesquisador da University of Exeter.