Investigadores, utilizando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, detetaram as evidências mais fortes da existência de uma atmosfera num planeta rochoso para lá do nosso Sistema Solar. As observações da super-Terra ultraquente TOI-561 b sugerem que o exoplaneta está rodeado por um espesso manto de gases sobre um oceano global de magma. Os resultados ajudam a explicar a densidade invulgarmente baixa do planeta e desafiam a ideia dominante de que planetas relativamente pequenos e tão próximos das suas estrelas não são capazes de manter atmosferas.

Com um raio de cerca de 1,4 vezes o da Terra e um período orbital inferior a 11 horas, TOI-561 b pertence a uma classe rara de objetos conhecidos como exoplanetas de período ultracurto. Embora a sua estrela hospedeira seja apenas ligeiramente mais pequena e mais fria do que o Sol, TOI-561 b orbita tão perto da estrela - menos um-quadragésimo da distância entre Mercúrio e o Sol - que deve sofrer acoplamento de maré, com a temperatura do seu lado diurno permanente a exceder de longe a temperatura de fusão de uma típica rocha.

"O que realmente distingue este planeta é a sua densidade anormalmente baixa", disse Johanna Teske, cientista da equipa do EPL (Earth and Planets Laboratory) do Instituto Carnegie e autora principal de um artigo científico publicado na passada quinta-feira na revista The Astrophysical Journal Letters. "Não é superinchado, mas é menos denso do que seria de esperar se tivesse uma composição semelhante à da Terra".

Uma explicação que a equipa considerou para a baixa densidade do planeta foi a de que poderia ter um núcleo de ferro relativamente pequeno e um manto feito de rocha que não é tão densa como a rocha da Terra. Teske nota que isto pode fazer sentido: "TOI-561 b distingue-se dos planetas de período ultracurto por orbitar uma estrela muito velha (duas vezes mais velha que o Sol), pobre em ferro, numa região da Via Láctea conhecida como o disco espesso. Deve ter sido formado num ambiente químico muito diferente do dos planetas do nosso Sistema Solar". A composição do planeta pode ser representativa dos planetas que se formaram quando o Universo era relativamente jovem.

Ilustração que mostra o possível aspeto de uma atmosfera espessa sobre um vasto oceano de magma no exoplaneta TOI-561 b. Medições obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA sugerem que, apesar da intensa radiação que recebe da sua estrela, TOI-561 b não é uma rocha nua. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Mas uma composição exótica não consegue explicar tudo. A equipa também suspeita que TOI-561 b possa estar rodeado por uma atmosfera espessa que o faz parecer maior do que realmente é. Embora não se espere que planetas pequenos que passaram milhares de milhões de anos a "cozer" na abrasadora radiação estelar tenham atmosferas, alguns mostram sinais de que não são apenas rocha nua ou lava.

Para testar a hipótese de TOI-561 b ter uma atmosfera, a equipa usou o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb para medir a temperatura diurna do planeta com base no seu brilho no infravermelho próximo. A técnica, que envolve a medição da diminuição do brilho do sistema estrela-planeta à medida que o planeta se move atrás da estrela, é semelhante à utilizada para procurar atmosferas no sistema TRAPPIST-1 e noutros mundos rochosos.

Se TOI-561 b for uma rocha nua sem atmosfera para transportar o calor para o lado noturno, a sua temperatura diurna deveria aproximar-se dos 2700º C. Mas as observações do NIRSpec mostram que o lado diurno do planeta parece estar mais perto dos 1800º C - ainda extremamente quente, mas muito mais fresco do que o esperado.

Para explicar os resultados, a equipa considerou alguns cenários diferentes. O oceano de magma poderia fazer circular algum calor, mas sem uma atmosfera, o lado noturno seria provavelmente sólido, limitando o fluxo do lado diurno. Uma fina camada de vapor de rocha na superfície do oceano de magma também é possível, mas por si só teria um efeito de arrefecimento muito menor do que o observado.

"Precisamos realmente de uma atmosfera espessa e rica em voláteis para explicar todas as observações", disse Anjali Piette, coautora da Universidade de Birmingham, Reino Unido.

Um espetro de emissão captado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA em maio de 2024 mostra o brilho de diferentes comprimentos de onda da luz no infravermelho próximo emitida pelo exoplaneta TOI-561 b. A comparação dos dados com modelos sugere que o planeta está rodeado por uma atmosfera rica em voláteis. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI); ciência - Johanna Teske (EPL do Instituto Carnegie), Anjali Piette (Universidade de Birmingham), Tim Lichtenberg (Groningen), Nicole Wallack (EPL do Instituto Carnegie)

"Ventos fortes arrefeceriam o lado diurno, transportando o calor para o lado noturno. Gases como o vapor de água absorveriam alguns comprimentos de onda da luz infravermelha emitida pela superfície antes de chegarem à atmosfera (o planeta pareceria mais frio porque o telescópio deteta menos luz). Também é possível que existam nuvens brilhantes de silicato que arrefecem a atmosfera refletindo a luz estelar".

Embora as observações do Webb forneçam evidências convincentes da existência de uma tal atmosfera, a questão mantém-se: como é que um pequeno planeta exposto a uma radiação tão intensa consegue manter uma atmosfera, quanto mais uma tão substancial? Alguns gases devem estar a escapar para o espaço, mas talvez não tão eficazmente como se esperava.

"Pensamos que existe um equilíbrio entre o oceano de magma e a atmosfera. Ao mesmo tempo que os gases estão a sair do planeta para alimentar a atmosfera, o oceano de magma está a sugá-los de volta para o interior", disse o coautor Tim Lichtenberg, da Universidade de Groningen, nos Países Baixos. "Este planeta deve ser muito, muito mais rico em voláteis do que a Terra para explicar as observações. É realmente como uma bola de lava húmida".

Estes são os primeiros resultados do Programa GO (General Observers) #3860 do Webb, que envolveu a observação contínua do sistema durante mais de 37 horas enquanto TOI-561 b completava quase quatro órbitas completas em torno da estrela. A equipa está atualmente a analisar o conjunto completo de dados para mapear toda a temperatura à volta do planeta e para determinar a composição da atmosfera.

"O que é realmente excitante é que este novo conjunto de dados está a abrir ainda mais questões do que aquelas a que está a responder", disse Teske.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Instituto Carnegie (comunicado de imprensa)
// Universidade de Birmingham (comunicado de imprensa)
// Universidade de Groningen (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

TOI-561 b:
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
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Exoplanet.eu
Exoplaneta de período ultracurto (Wikipedia)

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