Usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, os cientistas identificaram um tipo de exoplaneta até então desconhecido, cuja atmosfera desafia as ideias modernas sobre como os planetas deveriam se formar.
O mundo recentemente observado tem uma forma esticada semelhante a um limão e pode até conter diamantes no seu interior. Suas características estranhas dificultam a classificação, pois fica em algum lugar entre o que os astrônomos costumam considerar um planeta e uma estrela.
Um mundo de carbono diferente de qualquer outro
O objeto, oficialmente denominado PSR J2322-2650b, tem uma atmosfera dominada por hélio e carbono, em vez dos gases habituais vistos na maioria dos exoplanetas conhecidos. Com uma massa comparável à de Júpiter, o planeta está envolto em nuvens escuras semelhantes a fuligem. Sob a intensa pressão dentro do planeta, os cientistas acreditam que o carbono destas nuvens pode ser comprimido em diamantes. O planeta orbita uma estrela de nêutrons que gira rapidamente.
Apesar das observações detalhadas, a forma como este planeta foi formado permanece desconhecida.
“O planeta orbita uma estrela completamente estranha – a massa do Sol, mas o tamanho de uma cidade”, disse o astrofísico da Universidade de Chicago, Michael Zhang, investigador principal do estudo. A pesquisa foi aceita para publicação no The Astrophysical Journal Letters. “Este é um novo tipo de atmosfera planetária que ninguém viu antes.”
“Foi uma surpresa absoluta”, disse Peter Gao, do Carnegie Earth and Planetary Laboratory, em Washington, DC. “Lembro que depois de obtermos os dados, nossa reação coletiva foi: ‘Que diabos é isso?’
Um planeta orbitando um pulsar
PSR J2322-2650b orbita uma estrela de nêutrons, também conhecida como pulsar, que gira a uma velocidade extraordinária.
Os pulsares emitem poderosos feixes de radiação eletromagnética de seus pólos magnéticos em intervalos medidos em milissegundos. A maior parte desta radiação vem na forma de raios gama e outras partículas de alta energia que são invisíveis aos instrumentos infravermelhos de Webb.
Como a estrela em si não sobrecarrega os detectores de Webb, os investigadores podem observar o planeta ao longo da sua órbita. Isso raramente é possível, pois a maioria das estrelas brilha muito mais do que os planetas ao seu redor.
“Este sistema é único porque podemos ver o planeta iluminado pela sua estrela hospedeira, mas não conseguimos ver a estrela hospedeira,” disse Maya Beleznai, uma estudante de Stanford que ajudou a modelar a forma e a órbita do planeta. “Portanto, obtemos um espectro realmente puro. E podemos estudar melhor este sistema com mais detalhes do que os exoplanetas normais.”
Uma abertura atmosférica incrível
Quando os cientistas analisaram as características atmosféricas do planeta, descobriram algo completamente inesperado.
“Em vez de encontrar as moléculas habituais que esperamos ver num exoplaneta – como água, metano e dióxido de carbono – vimos carbono molecular, especificamente C3 e C2”, disse Zhang.
A pressão extrema dentro do planeta pode causar a cristalização do carbono, potencialmente formando diamantes nas profundezas da superfície.
No entanto, a questão mais intrigante permanece sem resposta.
“É muito difícil imaginar como se consegue esta composição extremamente enriquecida em carbono”, disse Zhang. “Isso parece excluir todos os mecanismos de formação conhecidos.”
Um planeta em um aperto mortal
PSR J2322-2650b orbita muito perto de sua estrela, a apenas 1 milhão de quilômetros de distância. Em comparação, a Terra está a cerca de 160 milhões de quilômetros do Sol.
Devido a esta proximidade, o planeta completa uma órbita completa em apenas 7,8 horas (o tempo que leva para orbitar a sua estrela).
Ao modelar as ligeiras mudanças no brilho do planeta à medida que este se move, os investigadores determinaram que as intensas forças gravitacionais do pulsar, muito mais pesado, estão a esticar o planeta numa forma semelhante a um limão.
O sistema pode pertencer a uma categoria rara conhecida como viúva negra. Nestes sistemas, um pulsar em rotação rápida combina-se com um companheiro menor e de baixa massa. Nas fases anteriores, o material do satélite fluía para o pulsar, aumentando a sua rotação e alimentando o poderoso vento. Este vento, juntamente com a radiação intensa, gradualmente retira material do objeto menor.
Assim como a aranha que lhe dá nome, o pulsar devora lentamente seu parceiro.
Neste caso, porém, a União Astronómica Internacional classifica o companheiro como um exoplaneta e não como uma estrela.
“Essa coisa se formou como um planeta normal? Não, porque a composição é completamente diferente”, disse Zhang. “Ele se formou removendo a parte externa da estrela, da mesma forma que os sistemas ‘normais’ de viúva negra se formam? Provavelmente não, porque a física nuclear não cria carbono puro.”
Um mistério que os cientistas estão tentando resolver
Roger Romani, da Universidade de Stanford e do Instituto Cowley de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, é um dos maiores especialistas mundiais em sistemas de viúva negra. Ele ofereceu uma possível explicação para a estranha atmosfera do planeta.
“À medida que o satélite esfria, a mistura de carbono e oxigênio no interior começa a cristalizar”, disse Romani. “Cristais de carbono puro flutuam até o topo e se misturam com o hélio, e é isso que vemos. Mas então algo tem que acontecer para manter o oxigênio e o nitrogênio fora. E é aí que entra a controvérsia.”
“Mas é bom não saber tudo”, acrescentou Romani. “Estou ansioso para aprender mais sobre as peculiaridades desta atmosfera. É ótimo ter um quebra-cabeça para resolver.”
Por que Webb fez a diferença
Esta descoberta só foi possível graças à sensibilidade infravermelha do Telescópio Espacial James Webb e às condições de observação únicas. Localizado a cerca de um milhão de quilómetros da Terra, Webb utiliza um enorme escudo solar para manter os seus instrumentos muito frios, o que é essencial para detectar sinais infravermelhos fracos.
“Há muita coisa quente na Terra, e esse calor realmente interfere nas observações porque é outra fonte de fótons com a qual você tem que lidar”, disse Zhang. “É absolutamente impossível a partir do solo.”
Participantes adicionais da Universidade de Chicago incluíram o professor Jacob Bean, o estudante de graduação Brendan Park Coy e Rafael Luque, que fez pós-doutorado na Universidade de Chicago e agora trabalha no Instituto de Astrofísica da Andaluzia, na Espanha.
O financiamento para a pesquisa veio da NASA e da Fundação Heising-Simons.
