O telescópio Webb da NASA acaba de descobrir um dos planetas mais estranhos de todos os tempos

O mundo recentemente observado tem uma forma esticada, semelhante a um limão, e pode até conter diamantes no seu interior. As suas características estranhas tornam difícil a sua classificação, situando-se algures entre o que os astrónomos normalmente consideram 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 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 dentro do planeta, os cientistas acreditam que o carbono destas nuvens poderia ser comprimido em diamantes. O planeta orbita uma estrela de nêutrons que gira rapidamente.

Apesar das observações detalhadas, a forma como este planeta se formou permanece desconhecida.

“O planeta orbita uma estrela que é completamente bizarra – a massa do Sol, mas o tamanho de uma cidade”, disse o astrofísico da Universidade de Chicago, Michael Zhang, principal investigador do estudo. A pesquisa foi aceita para publicação no The Astrophysical Journal Letters. “Este é um novo tipo de atmosfera planetária que ninguém jamais viu antes.”

“Isto foi uma surpresa absoluta”, disse Peter Gao, do Carnegie Earth and Planets Laboratory em Washington, DC. “Lembro-me que depois de obtermos os dados, a nossa reacção colectiva foi ‘Que raio é isto?'”

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 dessa 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 de toda a sua órbita. Isto raramente é possível, uma vez que a maioria das estrelas brilha muito mais do que os planetas que as rodeiam.

“Este sistema é único porque somos capazes de ver o planeta iluminado pela sua estrela hospedeira, mas não conseguimos ver a estrela hospedeira,” disse Maya Beleznay, uma estudante de pós-graduação da Universidade 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 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 num exoplaneta – como água, metano e dióxido de carbono – vimos carbono molecular, especificamente C3 e C2”, disse Zhang.

A extrema pressão dentro do planeta pode causar a cristalização do carbono, formando potencialmente diamantes nas profundezas da superfície.

Ainda assim, a questão mais intrigante permanece sem resposta.

“É muito difícil imaginar como você consegue essa composição extremamente enriquecida em carbono”, disse Zhang. “Parece descartar todos os mecanismos de formação conhecidos.”

Um planeta em um abraço mortal

PSR J2322-2650b orbita extraordinariamente perto da sua estrela, a apenas 1 milhão de milhas 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 em apenas 7,8 horas (o tempo que leva para dar a volta à sua estrela).

Ao modelar mudanças subtis no brilho do planeta à medida que este se move, os investigadores determinaram que intensas forças gravitacionais do pulsar, muito mais pesado, estão 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 de rotação rápida é emparelhado com um companheiro menor e de baixa massa. Nas fases anteriores, o material do companheiro fluía para o pulsar, aumentando a sua rotação e alimentando um vento poderoso. Esse vento, junto com a radiação intensa, gradualmente retira material do objeto menor.

Assim como a aranha que leva seu nome, o pulsar consome lentamente seu parceiro.

Neste caso, porém, o companheiro é classificado como um exoplaneta pela União Astronômica Internacional, e não como uma estrela.

“Essa coisa se formou como um planeta normal? Não, porque a composição é totalmente diferente”, disse Zhang. “Ele se formou pela remoção da parte externa de uma estrela, como 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 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 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 há controvérsia.”

“Mas é bom não saber tudo”, acrescentou Romani. “Estou ansioso para aprender mais sobre a estranheza desta atmosfera. É ótimo ter um quebra-cabeça para resolver.”

Por que Webb fez a diferença

Esta descoberta só foi possível devido à sensibilidade infravermelha do Telescópio Espacial James Webb e às condições de observação únicas. Posicionado a cerca de um milhão de quilómetros da Terra, Webb utiliza um enorme escudo solar para manter os seus instrumentos extremamente frios, o que é 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. “É absolutamente inviável desde o início.”

Contribuintes adicionais da Universidade de Chicago incluíram o Prof. Jacob Bean, o estudante de graduação Brandon Park Coy e Rafael Luque, que foi pesquisador de pós-doutorado na UChicago e agora está no Instituto de Astrofísica de Andalucía na Espanha.

O financiamento para a pesquisa veio da NASA e da Fundação Heising-Simons.