Cientistas usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA identificaram um tipo de exoplaneta previamente desconhecido, cuja atmosfera desafia as idéias atuais sobre como os planetas devem se formar.
O novo mundo observado tem uma forma alongada, semelhante a um limão, e pode até conter diamantes em seu interior. Suas características estranhas dificultam a classificação, situando-se em algum lugar entre o que os astrônomos normalmente consideram um planeta e uma estrela.
Um Mundo de Carbono Diferente de Qualquer Outro
O objeto, oficialmente nomeado PSR J2322-2650b, possui uma atmosfera dominada por hélio e carbono, ao invés dos gases familiares vistos na maioria dos exoplanetas conhecidos. Com uma massa comparável à de Júpiter, o planeta está envolto em nuvens escuras, semelhantes a fuligem. Sob as intensas pressões internas do planeta, os cientistas acreditam que o carbono dessas nuvens pode ser comprimido em diamantes. O planeta orbita uma estrela de nêutrons que gira rapidamente.
Apesar de observações detalhadas, ainda não se sabe como esse planeta se formou.
“O planeta orbita uma estrela que é completamente bizarra — a massa do Sol, mas o tamanho de uma cidade,” disse Michael Zhang, astrofísico da Universidade de Chicago e investigador principal do estudo. A pesquisa foi aceita para publicação na The Astrophysical Journal Letters. “Esta é uma nova tipo de atmosfera planetária que ninguém jamais viu antes.”
“Foi uma absoluta surpresa,” disse Peter Gao, do Laboratório de Terra e Planetas Carnegie em Washington, D.C. “Lembro que, depois que recebemos os dados, nossa reação coletiva foi ‘O que é isso?'”
Um Planeta Orbitando um Pulsar
PSR J2322-2650b orbita uma estrela de nêutrons, também conhecida como pulsar, que gira em uma velocidade extraordinária.
Pulsars emitem potentes feixes de radiação eletromagnética de seus pólos magnéticos em intervalos medidos em milissegundos. A maior parte dessa radiação é composta por raios gama e outras partículas de alta energia que são invisíveis para os instrumentos infravermelhos do Webb.
Como a estrela em si não ofusca os detectores do Webb, os pesquisadores podem observar o planeta durante toda a sua órbita. Isso é raramente possível, uma vez que a maioria das estrelas brilha muito mais intensamente do que os planetas ao seu redor.
“Este sistema é único porque conseguimos visualizar o planeta iluminado por sua estrela anfitriã, mas não conseguimos ver a estrela anfitriã de forma alguma,” disse Maya Beleznay, uma estudante de graduação da Universidade de Stanford que ajudou a modelar a forma e a órbita do planeta. “Assim, obtemos um espectro realmente puro. E podemos estudar melhor este sistema em mais detalhe do que exoplanetas normais.”
Uma Descoberta Atmosférica Surpreendente
Quando os cientistas analisaram a assinatura atmosférica do planeta, encontraram algo totalmente inesperado.
“Em vez de encontrar as moléculas normais que esperamos ver em um exoplaneta — como água, metano e dióxido de carbono — vimos carbono molecular, especificamente C3 e C2,” disse Zhang.
A extrema pressão interna do planeta pode fazer com que esse carbono se cristalize, potencialmente formando diamantes em camadas profundas abaixo da superfície.
Ainda assim, a questão mais intrigante permanece sem resposta.
“É muito difícil imaginar como você obtém essa composição riquíssima em carbono,” disse Zhang. “Parece descartar todos os mecanismos de formação conhecidos.”
Um Planeta em um Abraço Mortal
PSR J2322-2650b orbita extremamente próximo de sua estrela, a apenas 1 milhão de milhas de distância. Em comparação, a Terra está a cerca de 100 milhões de milhas do Sol.
Por causa dessa proximidade, o planeta completa uma órbita completa em apenas 7,8 horas (o tempo que leva para dar a volta em sua estrela).
Modelando as sutis mudanças no brilho do planeta à medida que se move, os pesquisadores determinaram que as intensas forças gravitacionais do pulsar, muito mais pesado, estão esticando o planeta em sua forma semelhante a um limão.
O sistema pode pertencer a uma categoria rara conhecida como viúva negra. Nesses sistemas, um pulsar de rápida rotação é emparelhado com um companheiro menor e de baixa massa. Em estágios anteriores, material do companheiro flui para o pulsar, aumentando sua rotação e alimentando um poderoso vento. Esse vento, juntamente com intensa radiação, gradualmente retira material do objeto menor.
Assim como a aranha que lhe dá nome, o pulsar consome lentamente seu parceiro.
Neste caso, no entanto, o companheiro é classificado como um exoplaneta pela União Astronômica Internacional, e não como uma estrela.
“Esse objeto se formou como um planeta normal? Não, porque a composição é completamente diferente,” disse Zhang. “Se formou ao arrancar o exterior de uma estrela, como os sistemas ‘normais’ de viúva negra são formados? 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 principais especialistas do mundo em sistemas de viúva negra. Ele propôs uma possível explicação para a estranha atmosfera do planeta.
“À medida que o companheiro esfria, a mistura de carbono e oxigênio em seu interior começa a se cristalizar,” disse Romani. “Cristais de carbono puro flutuam para o topo e se misturam ao hélio, e é isso que vemos. Mas então algo precisa acontecer para manter o oxigênio e o nitrogênio afastados. E é aí que há controvérsia.”
“Mas é bom não saber tudo,” acrescentou Romani. “Estou ansioso para aprender mais sobre a estranheza dessa atmosfera. É ótimo ter um quebra-cabeça para decifrar.”
Por que o Webb Fez a Diferença
Essa descoberta foi possível apenas por causa da sensibilidade infravermelha do Telescópio Espacial James Webb e das condições únicas de observação. Posicionado a cerca de um milhão de milhas da Terra, o Webb utiliza um enorme escudo solar para manter seus instrumentos extremamente frios, o que é essencial para detectar sinais infravermelhos fracos.
“Na Terra, muitas coisas estão quentes, e esse calor realmente interfere nas observações porque é outra fonte de fótons que você precisa lidar,” disse Zhang. “Não é absolutamente viável a partir do solo.”
Contribuidores adicionais da Universidade de Chicago incluíram Prof. Jacob Bean, o estudante de graduação Brandon Park Coy e Rafael Luque, que era um pesquisador pós-doutoral na UChicago e agora está no Instituto de Astrofísica de Andalucía, na Espanha.
O financiamento para a pesquisa veio da NASA e da Heising-Simons Foundation.
