Até há pouco tempo, a palavra «exoplaneta» parecia mais própria da especulação do que da astronomia. Isaac Newton já tinha sugerido no «Scholium Generale» dos Principia Mathematica que as estrelas fixas podiam ser o centro de sistemas semelhantes ao nosso, mas a ciência precisou de séculos para o demonstrar. Foi somente no final da década de 1980 que começaram a aparecer os primeiros sinais de planetas fora do Sistema Solar, embora tenha sido necessário esperar até 1992 para confirmar pela primeira vez a existência de mundos além do Sol, em torno do pulsar PSR B1257+12.
Nas últimas décadas, o ritmo das descobertas disparou graças a instrumentos cada vez mais precisos, que nos permitiram localizar mundos tão estranhos quanto fascinantes. O telescópio espacial Kepler, por exemplo, identificou há mais de uma década o Kepler-16b, um planeta com “dois sóis” que lembra Tatooine, de Star Wars. Desde então, catalogámos uma enorme variedade de exoplanetas, mas agora o telescópio James Webb apresenta uma descoberta especialmente impressionante: um mundo de lava em ebulição que, para surpresa dos astrónomos, é mais frio do que os modelos teóricos prevêem.
Um mundo extremo que questiona o que sabemos
Com um raio aproximadamente 1,4 vezes maior que o da Terra, TOI-561 b é uma superterra extrema que orbita uma estrela localizada a cerca de 280 anos-luz, na constelação de Sextans. A NASA descreve-o como o planeta mais interno de um sistema composto por quatro mundos, com uma peculiaridade imediata: completa uma órbita em menos de onze horas. A sua proximidade é tão extrema, apenas 0,01 unidades astronómicas, que o hemisfério diurno deve ultrapassar amplamente o ponto de fusão das rochas. Tudo aponta para um planeta preso pela sua estrela num bloqueio por maré, com um dia eterno de um lado e uma noite perpétua do outro.
Uma das peculiaridades que mais confunde os investigadores é a baixa densidade do TOI-561 b. A astrónoma Johanna Teske, principal autora do estudo, explica que «não é um super-puff, mas é menos denso do que seria de esperar com uma composição semelhante à da Terra». A equipa considerou que o planeta tinha um pequeno núcleo de ferro e um manto formado por minerais menos compactos, uma possibilidade que se encaixaria na química da sua estrela. Por se tratar de uma estrela do tipo G muito antiga, com cerca de 10 mil milhões de anos e pobre em ferro, localizada no disco espesso da Via Láctea, é plausível que o planeta tenha surgido num ambiente primordial diferente do Sistema Solar.
Mesmo assim, a composição exótica não resolvia todas as incógnitas, e a equipa começou a considerar outra possibilidade: que TOI-561 b estivesse envolto por uma atmosfera espessa. A ideia é intrigante porque os modelos indicam que planetas pequenos submetidos durante bilhões de anos a uma radiação tão intensa deveriam ter perdido seus gases há muito tempo. A NASA lembra, no entanto, que alguns mundos desse tipo mostram sinais de que não são simples rochas nuas. Essa nuance abriu a porta para pensar que a baixa densidade poderia ser devida, em parte, a um volume inflado por uma camada substancial de gases.
Para testar a ideia de uma atmosfera densa, a equipa recorreu a uma técnica que o James Webb utilizou noutros mundos rochosos: medir o desaparecimento de parte do brilho infravermelho quando o planeta passa atrás da sua estrela. Com o espectrógrafo NIRSpec, os investigadores estimaram a temperatura do hemisfério iluminado e compararam-na com a que seria de esperar para uma superfície sem gases que distribuíssem o calor. Se TOI-561 b fosse uma rocha nua, a sua temperatura rondaria os 2700 ºC. No entanto, as observações situaram esse valor perto dos 1.800 ºC, uma diferença demasiado grande para ser ignorada.
A temperatura inesperadamente baixa faz sentido se TOI-561 b estiver envolto por uma atmosfera densa e cheia de voláteis. Nesse caso, os ventos transportariam o calor do hemisfério iluminado para zonas menos quentes, o que reduziria a emissão infravermelha recebida pelo telescópio. Também entram em jogo gases capazes de absorver parte da radiação antes que ela escape para o espaço, algo que coincide com os modelos avaliados pela equipa. É até possível que existam nuvens de silicatos que refletem a luz da estrela e contribuem para arrefecer as camadas superiores da atmosfera.
Para explicar como TOI-561 b mantém uma atmosfera tão resistente, os investigadores propõem um mecanismo no qual o magma e os gases estão em constante intercâmbio. Tim Lichtenberg observa que, à medida que o interior libera compostos voláteis para a atmosfera, o oceano de rocha derretida recaptura parte deles, o que reduz a perda para o espaço. Este processo requer um planeta excepcionalmente rico em substâncias voláteis, muito diferente da Terra na sua composição inicial. Nas palavras de Lichtenberg, seria «como uma bola de lava húmida», uma descrição que resume bem a natureza extrema da descoberta.
As observações que permitiram reconstruir este cenário fazem parte do programa General Observers 3860 do James Webb. Durante mais de 37 horas, o telescópio acompanhou continuamente o sistema enquanto TOI-561 b completava quase quatro órbitas inteiras, um registo que oferece uma visão excecional de como o seu brilho varia ao longo do percurso. Com esse volume de dados, a equipa está agora a analisar como a temperatura muda ao redor do planeta e que pistas isso fornece sobre a composição da sua atmosfera. Este conjunto de dados, ainda em análise, aponta para um mundo mais complexo do que se imaginava nas primeiras observações.
O caso do TOI-561 b demonstra que mesmo os mundos mais extremos podem guardar surpresas. Longe de ser uma simples rocha abrasada, as observações do Webb descrevem um sistema dinâmico no qual o magma, a atmosfera e a radiação estelar interagem de maneiras que ainda não compreendemos totalmente. Como observa Johanna Teske, “O que é realmente emocionante é que este novo conjunto de dados está a levantar ainda mais perguntas do que respostas”. A investigação continua, e cada nova análise parece confirmar que este planeta pertence a uma categoria que estamos apenas a começar a conhecer.
