PSR J2322-2650b: a exoplaneta impossível vista pelo James Webb

A ideia de “normalidade” já é bastante elástica na Terra - e, no espaço, tornou-se ainda mais discutível desde que o James Webb apontou o seu olhar para esta exoplaneta.

Quando chegaram os dados de detecção do JWST, a equipa liderada por Peter Gao (Carnegie Earth and Planets Laboratory) reagiu em uníssono: “O que é que é isto?”. O telescópio de 10 mil milhões de dólares da NASA acabava de lhes enviar o retrato de um mundo que, à luz dos nossos modelos actuais de formação planetária, nem sequer deveria ter chegado a existir.

Baptizada PSR J2322-2650b, esta exoplaneta não se parece com nenhuma outra - e isso diz muito, considerando as estranhezas observadas desde o início da caça às exoplanetas, nos anos 1990.

Uma forma de “limão” e uma órbita de oito horas

A primeira anomalia salta à vista. A apenas 1,6 milhões de quilómetros da sua estrela (em comparação com os 150 milhões de quilómetros entre a Terra e o Sol), a pressão gravitacional é tão intensa que a sua estrutura ficou completamente deformada. O resultado é uma geometria elipsoidal, fazendo-a lembrar um limão gigante ou uma bola de râguebi, e uma órbita concluída em apenas oito horas. Só isto já seria inédito: nunca tinha sido detectado um planeta com uma morfologia tão invulgar… mas o caso está longe de ficar por aqui.

Um anfitrião canibal: o pulsar “Viúva Negra”

Se PSR J2322-2650b consegue persistir num cenário tão extremo, isso roça o milagre. Ela não orbita uma estrela tranquila, mas sim um pulsar do tipo “viúva negra”. Trata-se, em termos simples, do remanescente ultra-denso de uma estrela massiva: um cadáver estelar que roda sobre si mesmo centenas de vezes por segundo, enquanto varre o espaço com jactos de radiação gama de potência inacreditável.

Em sistemas binários deste tipo, o pulsar costuma ser fatal para o companheiro: a radiação gama e os raios X martelam o objecto próximo, desgastando a atmosfera e arrancando material rochoso. Ainda assim, contra todas as expectativas, o nosso “limão” cósmico não foi vaporizado e conseguiu até manter uma atmosfera - que, por si só, já é uma aberração termodinâmica.

A assinatura atmosférica que o James Webb não deveria ver

Ao estudar a luz filtrada pelos gases do planeta, o James Webb não encontrou qualquer vestígio de água (H₂O), metano (CH₄) ou dióxido de carbono (CO₂) - gases presentes em praticamente todas as atmosferas de exoplanetas. Em vez disso, surgiram apenas indícios de carbono molecular puro (C₂ e C₃).

Aqui é que o problema se torna sério: no Universo, o carbono é extremamente “pegajoso”. Assim que existe um átomo de oxigénio ou de hidrogénio por perto, o carbono tende a ligar-se a eles, formando moléculas estáveis. Para o James Webb detectar apenas carbono puro a uma temperatura de 2 040 °C (temperatura média diurna na atmosfera de PSR J2322-2650b), é necessário que oxigénio e hidrogénio tenham sido removidos.

O mais desconcertante é que uma assinatura atmosférica - ou uma química - deste tipo nunca foi observada em nenhuma das exoplanetas analisadas até hoje e, neste momento, a equipa não consegue explicar como tal planeta se formou. Como resume Michael Zhang, autor principal do estudo sobre esta exoplaneta, partilhado a 15 de dezembro na plataforma arXiv: “Nenhum mecanismo de formação conhecido consegue explicar um planeta tão enriquecido em carbono”.

PSR J2322-2650b: um pesadelo teórico

Encontrar carbono sem oxigénio é como encontrar fumo sem fogo: é uma impossibilidade termodinâmica no enquadramento da morte de uma estrela clássica. Se PSR J2322-2650b fosse, como se suspeitava, o resíduo de uma estrela “devorada” pelo seu pulsar, então seria de esperar uma grande abundância de oxigénio e azoto. Contudo, o espectro recolhido pelo James Webb é taxativo: esses elementos foram eliminados por um processo desconhecido - ou então nunca chegaram a estar presentes.

Perante a incapacidade de enquadrar esta origem nos nossos modelos de nascimento planetário, os investigadores avançaram para uma via mais “exótica”, designada por separação de fase.

Separação de fase e “chuvas” de diamantes

À medida que o pulsar arrefece, a mistura de carbono e oxigénio no interior do planeta começaria a cristalizar. Neste inferno gravitacional, cristais de carbono puro (mais leves) subiriam em direcção ao topo do manto planetário e acabariam por misturar-se com o hélio da atmosfera. Seria esse carbono “flutuante” que o James Webb teria detectado. Sob o efeito combinado de calor extremo e pressão, esse carbono condensar-se-ia em nuvens de fuligem, originando chuvas de diamantes microscópicos que se afundam em direcção ao núcleo do planeta.

Ainda assim, mesmo esta hipótese apresenta um ponto fraco: continua sem explicar a ausência de oxigénio. “Parece que temos de excluir todos os mecanismos de formação conhecidos”, afirma Zhang. É também para isto que o James Webb foi concebido: para nos mostrar que ainda não conhecemos todas as regras que governam o nosso Universo. E a descoberta de PSR J2322-2650b é, muito provavelmente, uma das demonstrações mais convincentes disso, porque, por si só, coloca em xeque todo o conjunto de modelos de formação planetária hoje aceite pela comunidade astrofísica. Nada disso desencoraja Roger Romani, outro membro da equipa, que remata: “É também isso que é estimulante: não compreender tudo. Mal posso esperar por aprender mais sobre a estranheza desta atmosfera. Ter um enigma destes para explorar é exactamente aquilo que torna a investigação apaixonante”.