Cientistas melhoram as previsões meteorológicas das anãs castanhas

JPL-Caltech / NASA

Anã castanha com bandas de nuvens, que se pensa serem parecidas com as de Neptuno e outros exoplanetas.

Os objetos fracos a que chamamos anãs castanhas, menos massivas que o Sol mas mais que Júpiter, têm ventos e nuvens poderosas – especificamente, nuvens irregulares e quentes feitas de gotículas de ferro e poeira de silicato.

Os cientistas perceberam recentemente que estas nuvens gigantes podem mover-se e engrossar ou diminuir surpreendentemente depressa, em menos de um dia terrestre, mas não entendiam porquê.

Agora, uma equipa de investigadores construiu um novo modelo para explicar como as nuvens se movem e mudam de forma nas anãs castanhas, usando informações do Telescópio Espacial Spitzer da NASA.

Segundo o estudo, publicado no dia 18 na revista Science, ondas gigantes provocam movimento em grande escala de partículas nas atmosferas das anãs castanhas, alterando a espessura das nuvens de silicato.

O estudo também sugere que estas nuvens estão organizadas em bandas confinadas a diferentes latitudes, viajando com diferentes velocidades em bandas diferentes.

“Esta é a primeira vez que vemos bandas atmosféricas e ondas nas anãs castanhas,” comenta o autor principal do estudo, Daniel Apai, professor associado de astronomia e ciências planetárias na Universidade do Arizona em Tucson, EUA.

Tal como nos oceanos da Terra, tipos diferentes de ondas podem formar-se nas atmosferas planetárias. Por exemplo, na atmosfera da Terra, ondas muito longas misturam ar frio das regiões polares para latitudes médias, o que muitas vezes leva à formação ou dissipação de nuvens.

As distribuições e os movimentos das nuvens das anãs castanhas neste estudo são mais parecidos com os observados em Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno. Neptuno tem estruturas de nuvens que também seguem bandas, mas as suas nuvens são feitas de gelo. As observações de Neptuno pelo Kepler da NASA, operando na sua missão K2, foram importantes nesta comparação entre o planeta e as anãs castanhas.

“Os ventos atmosféricos das anãs castanhas parecem ser mais como os padrões familiares e regulares de cinturas e zonas de Júpiter do que a ‘fervura’ atmosférica e caótica vista no Sol e em muitas outras estrelas,” comenta Mark Marley, coautor do estudo e do Centro de Investigação Ames da NASA em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia.

Equiparamos as anãs castanhas a estrelas falhadas porque são demasiado pequenas para fundir elementos químicos nos seus núcleos. Também podemos pensar nelas como “superplanetas” porque são mais massivas que Júpiter, mas têm aproximadamente o mesmo diâmetro.

Tal como os planetas gigantes e gasosos, as anãs castanhas são constituídas principalmente por hidrogénio e hélio, mas encontram-se muitas vezes separadas de qualquer sistema planetário. Num estudo de 2014 usando o Spitzer, os cientistas descobriram que as anãs castanhas normalmente têm tempestades atmosféricas.

Devido à sua semelhança com exoplanetas gigantes, as anãs castanhas são janelas para os sistemas planetários além do nosso. É mais fácil estudar anãs castanhas do que planetas, porque muitas vezes não têm a brilhante estrela hospedeira que as obscurece.

“É provável que as estruturas em banda e as grandes ondas atmosféricas que encontrámos nas anãs castanhas também sejam comuns nos exoplanetas gigantes,” comenta Apai.

Usando o Spitzer, os cientistas monitorizaram mudanças de brilho em seis anãs castanhas durante mais de um ano, observando cada uma a completar 32 rotações. À medida que uma anã castanha gira, as suas nuvens movem-se para dentro e para fora do hemisfério observado telescopicamente, provocando mudanças no brilho da anã castanha.

Os cientistas analisaram então estas variações de brilho a fim de explorar como as nuvens de silicato estão distribuídas nas anãs castanhas.

Os investigadores esperavam que estas anãs castanhas tivessem tempestades elípticas parecidas com as da Grande Mancha Vermelha de Júpiter, provocadas por zonas de alta pressão.

A Grande Mancha Vermelha existe em Júpiter há centenas de anos e muda muito devagar: estas “manchas” não podiam explicar as rápidas mudanças de brilho que os cientistas viram ao observar estas anãs castanhas. Os níveis de brilho das anãs castanhas variaram acentuadamente apenas ao longo de um dia terrestre.

Para perceber os altos e baixos do brilho, os cientistas tiveram que repensar os seus pressupostos sobre o que acontecia nas atmosferas das anãs castanhas. O melhor modelo para explicar as variações envolve ondas grandes, propagando-se pela atmosfera com períodos diferentes. Essas ondas fariam com que as estruturas das nuvens girassem com diferentes velocidades em bandas diferentes.

Theodora Karalidi, investigadora da Universidade do Arizona, usou um supercomputador e um novo algoritmo para produzir mapas de como as nuvens viajam nessas anãs castanhas.

“Quando os picos das duas ondas não estão em sintonia, ao longo do dia existem dois picos de brilho máximo,” afirma Karalidi. “Quando as ondas estão em sincronia, obtemos um pico grande, tornando a anã castanha duas vezes mais brilhante do que com uma única onda.”

Os resultados explicam o comportamento intrigante e as mudanças de brilho que os investigadores viram anteriormente. O próximo passo é tentar entender melhor o que faz com que as ondas comandem o comportamento das nuvens.

// CCVAlg / NASA

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