JWST revela o interior invulgar do exoplaneta WASP-107b

Pela primeira vez, o JWST permitiu obter uma análise detalhada do interior de um mundo situado fora do Sistema Solar.

O extremamente invulgar exoplaneta WASP-107b tem uma atmosfera com uma quantidade surpreendentemente baixa de metano, indício de que o seu interior deverá ser muito mais quente do que se julgava - e de que o seu núcleo também é mais massivo. Esta descoberta ajuda, por fim, a explicar a densidade semelhante a algodão-doce do WASP-107b.

Até agora, considerava-se que o WASP-107b teria um núcleo bastante pequeno, envolvido numa enorme camada difusa de hidrogénio e hélio. Esse cenário exigiria alterações na nossa compreensão sobre a formação e evolução dos planetas. Os novos resultados mostram que o exoplaneta pode ser explicado pelos modelos já existentes, sem ser necessária uma revisão radical.

"Os dados do Webb indicam-nos que planetas como o WASP-107 b não tiveram de se formar de uma maneira invulgar, com um núcleo superpequeno e uma enorme envolvente gasosa", afirma o astrónomo Mike Line, da Universidade Estatal do Arizona (ASU).

"Em vez disso, podemos partir de algo mais parecido com Neptuno, com muita rocha e menos gás, aumentar a temperatura e fazê-lo expandir-se até ficar com o aspeto que [o WASP-107b] tem."

A densidade invulgar do exoplaneta WASP-107b

Já quando a descoberta do WASP-107b foi anunciada, em 2017, era evidente que o exoplaneta tinha algo de estranho. Ao analisarem cuidadosamente a forma como o exoplaneta afetava a sua estrela anfitriã, os astrónomos conseguiram calcular a sua massa e o seu raio, concluindo que apresentava uma densidade extremamente baixa.

Uma investigação posterior mostrou que essa densidade é tão reduzida que o mundo pode ser classificado como um «superinchado»: apenas 0,13 gramas por centímetro cúbico. Em comparação, a densidade média de Júpiter é de 1,33 gramas por centímetro cúbico, enquanto a da Terra é de 5,51 gramas.

Os estudos anteriores também revelaram que este exoplaneta gigante orbita uma estrela situada a cerca de 200 anos-luz, completando uma volta em 5,7 dias.

Embora este período possa parecer curto para nós, no Sistema Solar, representa uma órbita relativamente ampla para gigantes gasosos difusos. Esta particularidade torna o WASP-107b mais frio do que os seus semelhantes - os Júpiteres quentes, com períodos orbitais muito menores e atmosferas expandidas que podem ser explicadas pelo calor irradiado pela estrela. A órbita «distante» e a temperatura relativamente baixa do WASP-107b tornavam difícil explicar o seu aspeto inchado.

O que a atmosfera revelou

Por isso, duas equipas de astrónomos - uma liderada por Sing e outra por Luis Welbanks, da ASU - recorreram ao JWST para observar a atmosfera do exoplaneta.

Quando o WASP-107b passa entre nós e a sua estrela anfitriã, parte da luz estelar é absorvida ou amplificada por moléculas presentes na sua atmosfera. Ao compararem a luz da estrela com e sem o exoplaneta à frente, e ao procurarem comprimentos de onda mais brilhantes e mais escuros no espetro, os astrónomos conseguem identificar as assinaturas de moléculas específicas no invólucro gasoso de um exoplaneta.

Embora seja surpreendente que a atmosfera do WASP-107b contenha tão pouco metano, essa característica oferece uma explicação para a forma como o exoplaneta se tornou no que é.

"Isto é prova de que o gás quente das profundezas do planeta tem de se misturar vigorosamente com as camadas mais frias situadas em altitudes superiores", diz Sing.

"O metano é instável a temperaturas elevadas. O facto de termos detetado tão pouco, apesar de termos identificado outras moléculas que contêm carbono, diz-nos que o interior do planeta tem de ser significativamente mais quente do que pensávamos."

Um núcleo mais massivo e muito quente

Esta é uma peça do puzzle. A outra está no restante material identificado pelos investigadores na atmosfera do WASP-107b: dióxido de enxofre, vapor de água, dióxido de carbono e monóxido de carbono, bem como uma concentração de elementos pesados superior à de Neptuno ou Urano.

Ao combinarem as proporções entre os elementos mais pesados e os mais leves com a quantidade de energia presente no interior do exoplaneta, calculada a partir do calor que este produz, os investigadores determinaram o tamanho do núcleo do WASP-107b. Verificaram que era muito maior do que se pensava: 12 vezes a massa do núcleo da Terra e, no mínimo, duas vezes mais massivo do que as estimativas iniciais.

Isto significa que não é preciso recorrer a modelos estranhos de formação planetária para explicar a sua existência.

Quanto à origem do calor extremo do núcleo, serão necessárias mais investigações. A órbita do exoplaneta em torno da estrela anfitriã é ligeiramente elíptica, o que submete o interior planetário a tensões gravitacionais variáveis e o aquece a partir do interior. Os investigadores consideram que esta é provavelmente a fonte do calor que torna o WASP-107b tão quente.

Os dois artigos foram publicados na Nature. Podem ser consultados aqui e aqui.