Cientistas que usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA descobriram um exoplaneta até então desconhecido com uma atmosfera que desafia as ideias atuais sobre como os planetas se formam.
O mundo recém-observado tem uma forma esticada, semelhante a um limão, que pode até conter diamantes em seu interior. As suas características estranhas tornam-no difícil de classificar, situando-se algures entre o que os astrónomos normalmente consideram um planeta e uma estrela.
Um mundo de carbono diferente
O nome oficial do objeto é PSR J2322-2650b, e sua atmosfera é composta principalmente de hélio e carbono, em vez dos gases comumente encontrados na maioria dos exoplanetas conhecidos. O planeta, que tem aproximadamente a mesma massa de Júpiter, está envolto em nuvens negras semelhantes a fuligem. Sob a intensa pressão dentro da Terra, os cientistas acreditam que o carbono nestas nuvens poderia ser comprimido em diamantes. O planeta orbita uma estrela de nêutrons em rápida rotação.
Apesar das observações detalhadas, a forma como o planeta se formou permanece desconhecida.
“Este planeta orbita uma estrela completamente estranha, com a massa do Sol, mas com o tamanho de uma cidade,” disse Michael Chang, astrofísico da Universidade de Chicago e investigador principal do estudo, que foi aceite para publicação no The Astrophysical Journal Letters. “Este é um novo tipo de atmosfera planetária que ninguém viu antes.”
“Foi definitivamente uma surpresa”, disse Peter Gao, do Carnegie Earth and Planetary Laboratory, em Washington. “Lembro que depois de obtermos os dados, nossa reação coletiva foi ‘Que diabos é isso?’”
Planetas orbitando pulsares
PSR J2322-2650b orbita uma estrela de nêutrons (também chamada de pulsar) que gira a velocidades incríveis.
Os pulsares emitem poderosos feixes de radiação eletromagnética de seus pólos magnéticos em milissegundos. A maior parte da radiação vem na forma de raios gama e outras partículas de alta energia que os instrumentos infravermelhos de Webb não conseguem ver.
Como a estrela em si não sobrecarrega o detector de Webb, os investigadores podem observar o planeta ao longo da sua órbita. Isto é quase impossível porque a maioria das estrelas são muito mais brilhantes do que os planetas que as rodeiam.
“Este sistema é único porque somos capazes de ver o planeta iluminado pela estrela hospedeira, mas não conseguimos ver a estrela hospedeira,” disse Maya Beleznay, estudante de pós-graduação na Universidade de Stanford que ajudou a modelar a forma e a órbita do planeta. “Portanto, obtemos um espectro muito puro. E podemos estudar este sistema com muito mais detalhes do que com exoplanetas normais.”
Incrível descoberta atmosférica
Quando os cientistas analisaram as características da atmosfera do planeta, descobriram algo completamente inesperado.
“Em vez de encontrar as moléculas normais que esperamos ver nos exoplanetas, como água, metano e dióxido de carbono, vimos moléculas de carbono, especificamente C3 e C2”, disse Zhang.
A extrema pressão dentro de um planeta pode causar a cristalização do carbono, possivelmente formando diamantes nas profundezas da superfície.
Ainda assim, as questões mais intrigantes permanecem sem resposta.
“É difícil imaginar como seria possível obter uma composição tão rica em carbono”, disse Zhang. “Isso parece excluir todos os mecanismos de formação conhecidos.”
planeta em abraço 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.
Por estar tão próximo, o planeta leva apenas 7,8 horas (o tempo que leva para orbitar sua estrela) para completar uma órbita completa.
Ao modelar mudanças subtis no brilho do planeta à medida que este se move, os investigadores determinaram que a intensa gravidade do pulsar, muito mais pesado, está a esticar o planeta até à sua forma semelhante a um limão.
O sistema pode pertencer a uma categoria rara conhecida como viúva negra. Nestes sistemas, um pulsar em rotação rápida é emparelhado com um companheiro menor e de baixa massa. Nas suas fases iniciais, o material da estrela companheira flui para o pulsar, aumentando a sua rotação e alimentando ventos poderosos. Os ventos, combinados com radiação intensa, gradualmente retiram material de objetos menores.
Assim como a aranha que lhe dá nome, o pulsar devora lentamente seus companheiros.
Contudo, neste caso, a União Astronómica Internacional classifica a estrela companheira como um exoplaneta e não como uma estrela.
“Essa coisa se formou como um planeta comum? Não, porque os ingredientes são completamente diferentes”, disse Zhang. “Formou-se eliminando as partes exteriores da estrela, como um sistema ‘normal’ de viúva negra? Provavelmente não, uma vez que a física nuclear não produz carbono puro.”
Mistérios que os cientistas estão ansiosos para resolver
Roger Romani, da Universidade de Stanford e do Instituto Kaveri de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, é um dos maiores especialistas mundiais em sistemas da Viúva Negra. Ele oferece uma possível explicação para a estranha atmosfera do planeta.
“À medida que a estrela companheira esfria, a mistura de carbono e oxigênio em seu 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 reter o oxigênio e o nitrogênio. É aí que entra a controvérsia.”
“Mas não há problema em não saber tudo”, acrescentou Romani. “Estou ansioso para aprender mais sobre a estranheza desta atmosfera. Será ótimo poder desvendar o mistério.”
Por que Weber é diferente
Esta descoberta foi possível devido à sensibilidade infravermelha e às condições de observação únicas do Telescópio Espacial James Webb. Localizado a cerca de um milhão de quilómetros da Terra, Webb utiliza um escudo solar gigante para manter os seus instrumentos extremamente frios, o que é crucial para detectar sinais infravermelhos fracos.
“Na Terra, muitas coisas são quentes, e esse calor pode realmente interferir nas observações porque é outra fonte de fótons com a qual você precisa lidar”, disse Zhang. “É absolutamente impossível a partir do solo.”
Outros colaboradores da Universidade de Chicago incluem o professor Jacob Bean, o estudante de graduação Brandon Park Coy e Rafael Luque, ex-pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Chicago que agora trabalha no Instituto de Astronomia da Andaluzia, na Espanha.
O financiamento para a pesquisa veio da NASA e da Fundação Heising-Simons.
