O telescópio James Webb detectou mudanças nas nuvens de água de WISE 0855, um anão marrom gelado a 7,5 anos-luz da Terra. A observação revelou padrões climáticos e água em um mundo além do sistema solar. É a primeira vez que astrônomos confirmam variações em nuvens de água fora do nosso sistema planetário.
WISE 0855 é um anão marrom — uma "estrela fracassada" que não consegue gerar a fusão nuclear que alimenta as estrelas. O objeto flutua sozinho pelo espaço, sem uma estrela para aquecê-lo, em uma região relativamente próxima da Terra.
A temperatura desse mundo é de aproximadamente 265 kelvin (cerca de 17°F ou -8°C), abaixo do ponto de congelamento da água. Sua massa varia entre duas e várias vezes a de Júpiter, o que o coloca na fronteira entre anões marrons e planetas gigantes.
Como os Astrônomos observaram a atmosfera
Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade do Arizona usou o espectrógrafo de infravermelho próximo do James Webb para monitorar WISE 0855 durante 11 horas consecutivas, em 2 de dezembro de 2023. A observação registrou um novo espectro a cada 15 minutos, totalizando 44 espectros.
Um espectro decompõe a luz nos comprimentos de onda que a compõem e revela quais moléculas estão presentes em uma atmosfera. Ao comparar os espectros ao longo do tempo, os astrônomos acompanharam as mudanças na atmosfera conforme o objeto girava.
Pesquisadores do Observatório Steward informaram que, antes do James Webb, só havia dados de fotometria, técnica que misturava os efeitos de nuvens, química e temperatura em um único sinal. Agora, é possível distinguir cada elemento isoladamente.
O padrão climático do anão marrom
As mudanças nos espectros indicam uma camada de nuvens de água distribuídas de forma irregular na atmosfera superior. A espessura varia em diferentes regiões da superfície do objeto. Descoberto em 2014, WISE 0855 é um dos poucos objetos tão frios que telescópios conseguem estudar em detalhes.
A equipe também detectou sinais de convecção em camadas mais profundas, onde gases como monóxido de carbono e fosfina sobem de níveis inferiores e depois descem conforme esfriam.
O monóxido de carbono apresentou as maiores mudanças em alguns comprimentos de onda, com diferenças de temperatura de cerca de 1 kelvin. Esse padrão se assemelha ao clima de Júpiter, mas WISE 0855 é quente demais para formar nuvens de amônia, e a água assume esse papel.
Os dados também revelaram um sinal repetitivo de aproximadamente 9,33 horas, embora os pesquisadores ainda não tenham determinado se corresponde ao período de rotação do objeto. O estudo está disponível no arXiv e foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal.
Por que as nuvens mudam de espessura em WISE 0855
As nuvens de água em WISE 0855 ficam mais grossas e mais finas porque gases nas camadas profundas da atmosfera sobem e descem continuamente. Esse movimento, chamado convecção, funciona assim: gases como monóxido de carbono e fosfina são aquecidos nas camadas inferiores e sobem até a região mais fria, onde as nuvens de água flutuam.
Ao esfriar, esses gases descem novamente. Esse ciclo contínuo faz com que a cobertura de nuvens — que não é uniforme, mas "remendada" — pareça ganhar e perder espessura conforme diferentes regiões passam pela região observada.
O padrão é semelhante ao que acontece em Júpiter, mas com uma diferença: enquanto Júpiter tem nuvens de amônia na atmosfera superior. WISE 0855 é quente demais para a amônia, então a água assume esse papel. A movimentação dos gases mais profundos "empurra" essas nuvens de água para cima e para baixo, criando as variações detectadas pelo James Webb.
Quando as nuvens de água não explicam tudo
Nem todas as mudanças observadas nos espectros de WISE 0855 vêm das nuvens de água. O monóxido de carbono, um gás das camadas mais profundas, apresentou as variações mais fortes: cerca de 10% em alguns comprimentos de onda, e diferentes processos atmosféricos ocorrem simultaneamente.
Enquanto as nuvens de água ficam mais espessas e mais finas na região superior, os gases das camadas profundas se movimentam de forma independente e criam seus próprios padrões. Os pesquisadores ainda não conseguem separar completamente a contribuição de cada fenômeno nas observações feitas de longe.
Além disso, há um sinal repetitivo de aproximadamente 9,33 horas nos dados, mas os cientistas ainda não sabem se isso corresponde à rotação do objeto ou a outro fenômeno atmosférico. Isso mostra que mesmo com a precisão do James Webb, ainda há mistérios para resolver antes de ter a imagem completa do clima desse mundo gelado.
