Cientistas, utilizando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, observaram um tipo raro de exoplaneta, ou planeta para lá do nosso Sistema Solar, cuja composição atmosférica desafia a nossa compreensão de como foi formado.

Oficialmente designado PSR J2322-2650b, este objeto de massa semelhante à de Júpiter parece ter uma atmosfera exótica, dominada por hélio e carbono, diferente de qualquer outra já observada. É provável que flutuem no ar nuvens de fuligem e, nas profundezas do planeta, estas nuvens de carbono possam condensar-se e formar diamantes. O modo como o planeta surgiu é um mistério. O artigo científico foi publicado a semana passada na revista The Astrophysical Journal Letters.

"Isto foi uma surpresa absoluta", disse o coautor do estudo, Peter Gao, do EPL (Earth and Planets Laboratory) de Carnegie, em Washington. "Lembro-me que depois de recebermos os dados, a nossa reação coletiva foi 'Que raio é isto?' É extremamente diferente do que esperávamos".

Este objeto de massa planetária já era conhecido por orbitar um pulsar, uma estrela de neutrões que gira rapidamente. Um pulsar emite feixes de radiação eletromagnética a intervalos regulares que variam tipicamente entre milissegundos e segundos. Estes feixes pulsantes só podem ser vistos quando estão a apontar diretamente para a Terra, tal como os feixes de um farol.

Pensa-se que este pulsar de milissegundo esteja a emitir sobretudo raios gama e outras partículas altamente energéticas, que são invisíveis à visão infravermelha do Webb. Sem uma estrela brilhante no caminho, os cientistas podem estudar o planeta em pormenor ao longo de toda a sua órbita.

"Este sistema é único porque conseguimos ver o planeta iluminado pela sua estrela hospedeira, mas sem ver a estrela hospedeira de todo", disse Maya Beleznay, aluna de doutoramento na Universidade de Stanford, na Califórnia, que trabalhou na modelação da forma do planeta e na geometria da sua órbita. "Assim, obtemos um espetro realmente puro. E podemos estudar este sistema com mais pormenor do que os exoplanetas normais".

"O planeta orbita uma estrela que é completamente bizarra - com a massa do Sol, mas do tamanho de uma cidade", disse Michael Zhang da Universidade de Chicago, o investigador principal deste estudo. "Este é um novo tipo de atmosfera planetária que nunca ninguém viu antes. Em vez de encontrarmos as moléculas normais que esperamos ver num exoplaneta - como água, metano e dióxido de carbono - vimos carbono molecular, especificamente C3 e C2".

O carbono molecular é muito invulgar porque, a estas temperaturas, se houver outros tipos de átomos na atmosfera, o carbono ligar-se-á a eles (as temperaturas no planeta variam entre os 650º C, nos pontos mais frios do lado noturno, e os 2040º C nos pontos mais quentes do lado diurno). O carbono molecular só é dominante se quase não houver oxigénio ou azoto. Dos cerca de 150 planetas que os astrónomos estudaram dentro e fora do Sistema Solar, nenhum outro tem carbono molecular detetável.

PSR J2322-2650b está extraordinariamente perto da sua estrela, a apenas 1,6 milhões de quilómetros de distância. Em contraste, a distância da Terra ao Sol é de cerca de 150 milhões de quilómetros. Devido à sua órbita extremamente íntima, o ano inteiro do exoplaneta - o tempo que demora a dar a volta à sua estrela - é de apenas 7,8 horas. As forças gravitacionais do pulsar, muito mais massivo, estão a puxar o planeta de massa semelhante à de Júpiter para uma bizarra forma de limão.

Esta impressão artística mostra o possível aspeto do exoplaneta PSR J2322-2650b. As forças gravitacionais do pulsar muito mais massivo que orbita estão a puxar o mundo de massa semelhante à de Júpiter para esta bizarra forma de limão. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Em conjunto, a estrela e o exoplaneta podem ser considerados um sistema "viúva negra", embora não seja um exemplo típico. Os sistemas viúva negra são um tipo raro de sistema duplo em que um pulsar de rotação rápida está emparelhado com uma companheira estelar pequena e de baixa massa. No passado, o material da companheira foi projetado para o pulsar, fazendo com que este girasse mais depressa ao longo do tempo, o que originou um forte vento. Esse vento e a radiação bombardeiam e evaporam a companheira mais pequena e menos massiva. Tal como a aranha que lhe dá o nome, o pulsar consome lentamente a sua infeliz companheira.

Mas, neste caso, a companheira é oficialmente considerada um exoplaneta e não uma estrela. A UAI (União Astronómica Internacional) define um exoplaneta como um corpo celeste com menos de 13 massas de Júpiter que orbita uma estrela, uma anã castanha ou um remanescente estelar, como um pulsar.

Dos 6000 exoplanetas conhecidos, este é o único que faz lembrar um gigante gasoso (com massa, raio e temperatura semelhantes aos de um Júpiter quente) a orbitar um pulsar. Só se sabe de uma mão-cheia de pulsares que têm planetas.

"Esta coisa formou-se como um planeta normal? Não, porque a composição é completamente diferente", disse Zhang. "Será que se formou ao despir o exterior de uma estrela, como se formam os sistemas 'normais' de viúvas negras? Provavelmente não, porque a física nuclear não produz carbono puro. É muito difícil imaginar como se obtém esta composição extremamente rica em carbono. Parece excluir todos os mecanismos de formação conhecidos".

O coautor do estudo, Roger Romani, da Universidade de Stanford e do KIPAC (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology), propõe um fenómeno interessante que poderia ocorrer na atmosfera única. "À medida que a companheira arrefece, a mistura de carbono e oxigénio no seu interior começa a cristalizar", disse Romani. "Os cristais de carbono puro flutuam para o topo e misturam-se com o hélio, e é isso que vemos. Mas depois algo tem de acontecer para manter o oxigénio e o azoto afastados. E é aí que entra o mistério.

"Mas é bom não saber tudo", disse Romani. "Estou ansioso por aprender mais sobre a peculiaridade desta atmosfera. É fantástico ter um puzzle para tentar resolver".

Com a sua visão infravermelha e sensibilidade requintada, esta é uma descoberta que só o telescópio Webb poderia fazer. O seu posicionamento a um milhão e meio de quilómetros da Terra e o seu enorme escudo solar mantêm os instrumentos muito frios, o que é necessário para estas observações. Não é possível efetuar este estudo a partir do solo.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Chicago (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

PSR J2322-2650b:
NASA
ipac
Exoplanet.eu
Wikipedia

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu

Estrelas de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland

Pulsares:
Wikipedia

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