James Webb revela PSR J2322-2650b, o exoplaneta que desafia os modelos de formação planetária

A normalidade já é um conceito bastante relativo na Terra, mas torna-se ainda mais relativa no espaço desde que o James Webb apontou os seus instrumentos para esta exoplaneta.

«O que é esta coisa?» Foi esta a reacção unânime da equipa de Peter Gao, do Laboratório Carnegie da Terra e dos Planetas, quando recebeu os dados de detecção do James Webb (JWST). O telescópio de 10 mil milhões de dólares da NASA acabara de lhes enviar o retrato de uma exoplaneta que, de acordo com os actuais modelos de formação planetária, nem sequer deveria ter-se formado.

Baptizada PSR J2322-2650b, esta planeta não se parece com nenhuma outra, embora a caça às exoplanetas, iniciada na década de 1990, já nos tenha revelado muitas estranhezas. A sua primeira particularidade é visual: encontra-se a apenas 1,6 milhões de quilómetros da sua estrela, em comparação com os 150 milhões de quilómetros que separam a Terra do Sol, e suporta uma pressão gravitacional tão intensa que a sua estrutura ficou totalmente deformada. Tem uma silhueta elipsoidal, semelhante a um limão gigante ou a uma bola de râguebi, e completa uma órbita em apenas oito horas. Isto constitui, por si só, uma novidade, pois nunca tinha sido identificada uma planeta com uma morfologia tão singular - mas esta é apenas a primeira surpresa.

PSR J2322-2650b, uma exoplaneta de forma invulgar

Um hospedeiro canibal: o pulsar «Viúva Negra»

A sobrevivência da PSR J2322-2650b num ambiente tão extremo parece milagrosa. Não orbita uma estrela tranquila, mas sim um pulsar «viúva negra». Trata-se do cadáver ultra-denso de uma estrela massiva, que gira sobre si próprio centenas de vezes por segundo enquanto varre o espaço com jactos de radiação gama de uma potência extraordinária.

Neste tipo de sistema binário, o pulsar é habitualmente letal: bombardeia a sua companheira com radiação gama e raios X, que normalmente desgastam a atmosfera e arrancam rochas. Porém, contra todas as expectativas, o nosso limão cósmico não foi vaporizado e conseguiu mesmo conservar uma atmosfera, que constitui por si só uma aberração termodinâmica.

Uma atmosfera de carbono sem precedentes

Ao analisar a luz que atravessa os gases da planeta, o James Webb não encontrou vestígios de água (H₂O), metano (CH₄) ou dióxido de carbono (CO₂), gases presentes em praticamente todas as atmosferas de exoplanetas. Em vez disso, detectou apenas indícios de carbono molecular puro (C₂ e C₃).

É aqui que surge o problema: no Universo, o carbono é um elemento extremamente «pegajoso». Assim que existe um átomo de oxigénio ou de hidrogénio nas proximidades, o carbono liga-se a ele para criar moléculas estáveis. Para que o James Webb detecte unicamente carbono puro a 2 040 °C - a temperatura média diurna da atmosfera da PSR J2322-2650b -, o oxigénio e o hidrogénio têm de ter sido eliminados.

O problema é que este tipo de assinatura atmosférica, ou esta reacção química, nunca foi observado em nenhuma das exoplanetas estudadas até agora e, no estado actual do conhecimento, a equipa não consegue explicar como se poderá ter formado. «Nenhum mecanismo de formação conhecido permite explicar uma planeta tão enriquecida em carbono», afirma Michael Zhang, autor principal do estudo sobre esta planeta, partilhado a 15 de Dezembro na plataforma arXiv.

PSR J2322-2650b: um pesadelo teórico

Encontrar carbono sem oxigénio é como descobrir fumo sem fogo: representa uma impossibilidade termodinâmica no contexto da morte de uma estrela clássica. Se a PSR J2322-2650b fosse, como se suspeitava, o resíduo de uma estrela devorada pelo seu pulsar, seria esperada a detecção de enormes quantidades de oxigénio e azoto. No entanto, o espectro do James Webb é inequívoco: esses elementos foram eliminados por um mecanismo desconhecido ou nunca estiveram presentes.

Como os modelos de nascimento planetário não permitem explicar esta formação, os investigadores estão a explorar uma hipótese mais «exótica», chamada separação de fase.

À medida que o pulsar arrefece, a mistura de carbono e oxigénio no interior da planeta começaria a cristalizar. Neste inferno gravitacional, os cristais de carbono puro, mais leves, subiriam até ao topo do manto planetário, onde se misturariam com o hélio da atmosfera. Seria este carbono flutuante que o James Webb teria detectado. Sob o efeito da temperatura e da pressão extremas, esse carbono condensar-se-ia em nuvens de fuligem, originando chuvas de diamantes microscópicos que mergulham em direcção ao núcleo da planeta.

Ainda assim, esta teoria também tem uma falha: continua sem explicar a ausência de oxigénio. «Parece que temos de excluir todos os mecanismos de formação conhecidos», explica Zhang. Foi também para isso que o James Webb foi concebido: para demonstrar que ainda não conhecemos todas as regras que governam o nosso Universo. A descoberta da PSR J2322-2650b é certamente uma das provas mais convincentes disso, já que, por si só, põe em causa todos os modelos de formação planetária actualmente aceites pela comunidade astrofísica. Nada disso desanima Roger Romani, outro membro da equipa, que conclui: «É também isso que é entusiasmante: não compreender tudo. Mal posso esperar por saber mais sobre a estranheza desta atmosfera. Ter um enigma deste tipo para explorar é exactamente o que torna a investigação apaixonante».