Cientistas que utilizaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA identificaram um tipo de exoplaneta até então desconhecido, cuja atmosfera desafia a compreensão atual de como os planetas se formam.
O mundo recentemente observado tem uma forma alongada, semelhante a um limão, e pode até conter diamantes no seu interior profundo. Situado algures entre o que os astrónomos normalmente consideram um planeta e uma estrela, as suas propriedades peculiares tornam difícil a sua classificação.
Um mundo de carbono diferente de qualquer outro
O objeto, oficialmente conhecido como PSR J2322-2650b, tem uma atmosfera dominada por hélio e carbono, em vez dos gases conhecidos vistos na maioria dos exoplanetas conhecidos. Com uma massa comparável à de Júpiter, o planeta está envolto em nuvens escuras semelhantes a nuvens. Sob a intensa pressão dentro do planeta, os cientistas acreditam que o carbono destas 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.
“O planeta orbita uma estrela completamente incomum – a massa do Sol, mas o tamanho de uma cidade”, disse Michael Zhang, astrofísico da Universidade de Chicago que liderou o estudo. A pesquisa foi aceita para publicação no Astrophysical Journal Letters. “Este é um novo tipo de atmosfera planetária que ninguém viu antes.”
“Foi uma surpresa completa”, disse Peter Gao, do Carnegie Earth and Planetary Laboratory, em Washington, DC.
Um planeta orbitando um pulsar
PSR J2322-2650b orbita uma estrela de nêutrons, também conhecida como pulsar, que gira a velocidades extraordinárias.
Os pulsares emitem poderosos feixes de radiação eletromagnética de seus pólos magnéticos em intervalos medidos em milissegundos. A maior parte da radiação vem na forma de raios gama e outras partículas de alta energia que são invisíveis aos instrumentos infravermelhos da web.
Como a estrela em si não sobrecarrega o detector de Webb, os investigadores podem observar o planeta ao longo de toda a sua órbita. Isto é improvável, uma vez que a maioria das estrelas são muito mais brilhantes do que os planetas que as rodeiam.
“Este sistema é único porque podemos ver o planeta iluminado pela sua estrela hospedeira, mas não pela estrela hospedeira,” disse Maya Belezne, uma estudante de pós-graduação da Universidade de Stanford que ajudou a modelar o tamanho e a órbita do planeta. “Portanto, temos um espectro realmente primitivo. E podemos estudar este sistema com mais detalhes do que os exoplanetas típicos.”
Uma surpreendente descoberta atmosférica
Quando os cientistas analisaram a assinatura atmosférica do planeta, encontraram algo completamente inesperado.
“Em vez de encontrar as moléculas normais que esperaríamos 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 cristalizar esse carbono, criando potencialmente diamantes nas profundezas da superfície.
No entanto, a questão mais desconcertante permanece sem resposta.
“É muito difícil imaginar como seria possível obter esta composição extremamente rica em carbono”, disse Zhang. “Parece descartar todos os mecanismos de formação conhecidos.”
Um abraço mortal é um planeta
PSR J2322-2650b orbita notavelmente perto de sua estrela, a pouco mais de 1 milhão de quilômetros de distância. Em comparação, a Terra fica a cerca de 160 milhões de quilômetros do Sol.
Devido a esta proximidade, o planeta completa uma órbita completa (o tempo que leva para dar a volta à estrela) em apenas 7,8 horas.
Ao modelar mudanças subtis no brilho do planeta, os investigadores determinaram que a intensa atração gravitacional de muitos pulsares massivos está a expandir 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 está associado a um companheiro pequeno e de baixa massa. Nas fases iniciais, o material da companheira flui para o pulsar, aumentando a sua rotação e alimentando um vento forte. Esse vento, junto com a radiação intensa, varre lentamente o material dos objetos menores.
Assim como a aranha que leva seu nome, o pulsar devora lentamente seu companheiro.
Neste caso, porém, o companheiro é classificado pela União Astronômica Internacional 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. “Formou-se pela desintegração da parte exterior de uma estrela, à medida que se formam os sistemas ‘normais’ de viúva negra? Provavelmente não, porque a física nuclear não produz carbono puro.”
Um mistério que os cientistas estão ansiosos para resolver
Roger Romani, da Universidade de Stanford e do Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, é um dos maiores especialistas mundiais em sistemas de viúva negra. Ele propôs uma possível explicação para a estranha atmosfera do planeta.
“À medida que a companheira esfriava, a mistura de carbono e oxigênio em seu interior começou a cristalizar”, disse Romani. “Cristais de carbono puro flutuam até o topo e se misturam ao hélio, e é isso que vemos. Mas então algo tem que acontecer para manter o oxigênio e o nitrogênio afastados. E é aí que reside a controvérsia.”
“Mas é bom não saber tudo”, acrescentou Romani. “Estou ansioso para aprender mais sobre a estranheza deste ambiente. É ótimo ir atrás de um quebra-cabeça.”
Por que a Web fez a diferença
Esta descoberta só foi possível devido à sensibilidade infravermelha e às condições de observação únicas do Telescópio Espacial James Webb. Localizado a quase um milhão de milhas da Terra, Webb utiliza um enorme escudo solar para manter os seus instrumentos extremamente frios, essencial para detectar sinais infravermelhos fracos.
“Na Terra, muitas coisas são quentes, e esse calor realmente interfere nas observações porque é outra fonte de fótons com a qual é preciso lidar”, disse Zhang. “Simplesmente não é possível desde o início.”
Contribuintes adicionais da Universidade de Chicago incluem o professor Jacob Bean, o estudante de graduação Brandon Park Coy e Rafael Luke, que foi pesquisador de pós-doutorado na UChicago e agora está no Instituto de Astrophysica de Andalucía, na Espanha.
O financiamento para a pesquisa veio da NASA e da Fundação Heising-Simons.
