O novo mundo observado tem uma forma alongada, semelhante a um limão, e pode até conter diamantes em seu interior. Suas características estranhas dificultam a classificação, situando-se em algum lugar entre o que os astrônomos geralmente consideram um planeta e uma estrela.

Um Mundo de Carbono Diferente de Todos os Outros

O objeto, oficialmente nomeado PSR J2322-2650b, possui uma atmosfera dominada por hélio e carbono em vez dos gases familiares vistos na maioria dos exoplanetas conhecidos. Com uma massa comparável à de Júpiter, o planeta está envolto em nuvens escuras semelhantes a fuligem. Sob as intensas pressões no interior do planeta, os cientistas acreditam que o carbono dessas nuvens pode ser comprimido em diamantes. O planeta orbita uma estrela de nêutrons que gira rapidamente.

Apesar das observações detalhadas, como este planeta se formou permanece desconhecido.

“O planeta orbita uma estrela que é completamente bizarra — a massa do Sol, mas do tamanho de uma cidade,” disse Michael Zhang, astrofísico da Universidade de Chicago e principal investigador do estudo. A pesquisa foi aceita para publicação na revista The Astrophysical Journal Letters. “Esta é uma nova forma de atmosfera planetária que ninguém jamais viu antes.”

“Isso foi uma surpresa absoluta,” disse Peter Gao, do Laboratório de Terra e Planetas Carnegie em Washington, D.C. “Eu me lembro de que, após recebermos os dados, nossa reação coletiva foi ‘Que diabos é isso?’

Um Planeta Orbitando um Pulsar

PSR J2322-2650b orbita uma estrela de nêutrons, também conhecida como pulsar, que gira em uma velocidade extraordinária.

Pulsars emitem potentes feixes de radiação eletromagnética de seus polos magnéticos em intervalos medidos em milissegundos. A maior parte dessa radiação é na forma de raios gama e outras partículas de alta energia que são invisíveis para os instrumentos infravermelhos do Webb.

Como a estrela em si não sobrecarrega os detectores do Webb, os pesquisadores podem observar o planeta ao longo de toda a sua órbita. Isso é raramente possível, já que a maioria das estrelas brilha muito mais do que os planetas ao seu redor.

“Este sistema é único porque conseguimos ver o planeta iluminado por sua estrela anfitriã, mas não vemos a estrela anfitriã de forma alguma,” disse Maya Beleznay, uma estudante de pós-graduação da Universidade de Stanford que ajudou a modelar a forma e a órbita do planeta. “Assim, obtemos um espectro realmente puro. E podemos estudar este sistema com mais detalhes do que exoplanetas normais.”

Uma Descoberta Atmosférica Surpreendente

Quando os cientistas analisaram a assinatura atmosférica do planeta, encontraram algo totalmente inesperado.

“Em vez de encontrar as moléculas normais que esperamos ver em um exoplaneta — como água, metano e dióxido de carbono — vimos carbono molecular, especificamente C3 e C2,” disse Zhang.

A pressão extrema no interior do planeta pode fazer com que esse carbono se cristalize, potencialmente formando diamantes em profundidades abaixo da superfície.

No entanto, a questão mais intrigante permanece sem resposta.

“É muito difícil imaginar como você consegue essa composição extremamente rica em carbono,” disse Zhang. “Isso parece descartar todos os mecanismos conhecidos de formação.”

Um Planeta em um Abraço Mortal

PSR J2322-2650b orbita de forma extraordinariamente próxima à sua estrela, a apenas 1 milhão de milhas de distância. Em comparação, a Terra está a cerca de 100 milhões de milhas do Sol.

Devido a essa proximidade, o planeta completa uma órbita completa em apenas 7,8 horas (o tempo que leva para dar a volta em sua estrela).

Modelando mudanças sutis no brilho do planeta enquanto se move, os pesquisadores determinaram que as intensas forças gravitacionais do pulsar, muito mais pesado, estão esticando o planeta em sua forma semelhante a um limão.

O sistema pode pertencer a uma categoria rara conhecida como viúva negra. Nessas situações, um pulsar em rápida rotação é emparelhado com um companheiro de baixa massa. Em estágios anteriores, material do companheiro fluiu para o pulsar, aumentando sua rotação e alimentando um vento poderoso. Esse vento, juntamente com a intensa radiação, gradualmente remove material do objeto menor.

Como a aranha da qual recebeu o nome, o pulsar consome lentamente seu parceiro.

No entanto, neste caso, o companheiro é classificado como um exoplaneta pela União Astronômica Internacional, e não como uma estrela.

“Isso se formou como um planeta normal? Não, porque a composição é completamente diferente,” disse Zhang. “Ele se formou pela remoção da parte externa de uma estrela, como os sistemas normais de viúva negra se formam? Provavelmente não, porque a física nuclear não produz carbono puro.”

Um Mistério que os Cientistas Estão Ansiosos para Resolver

Roger Romani, da Universidade de Stanford e do Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, é um dos principais especialistas do mundo em sistemas de viúvas negras. Ele propôs uma possível explicação para a estranha atmosfera do planeta.

“À medida que o companheiro esfria, a mistura de carbono e oxigênio em seu interior começa a se cristalizar,” disse Romani. “Cristais de carbono puro flutuam para o topo e se misturam ao hélio, e é isso que vemos. Mas então algo precisa acontecer para manter o oxigênio e o nitrogênio longe. E aí é onde está a controvérsia.”

“Mas é bom não saber tudo,” acrescentou Romani. “Estou ansioso para aprender mais sobre a estranheza dessa atmosfera. É ótimo ter um quebra-cabeça para resolver.”

Por que Webb Fez a Diferença

Essa descoberta só foi possível graças à sensibilidade infravermelha do Telescópio Espacial James Webb e às condições únicas de observação. Posicionado a cerca de um milhão de milhas da Terra, o Webb utiliza um enorme protetor solar para manter seus instrumentos extremamente frios, o que é essencial para detectar sinais infravermelhos fracos.

“Na Terra, muitas coisas estão quentes, e esse calor realmente interfere nas observações, pois é uma outra fonte de fótons com a qual você precisa lidar,” disse Zhang. “Não é absolutamente viável a partir do solo.”

Contribuidores adicionais da Universidade de Chicago incluíram o Prof. Jacob Bean, o estudante de graduação Brandon Park Coy e Rafael Luque, que foi pesquisador de pós-doutorado na UChicago e agora está no Instituto de Astrofísica de Andaluzia, na Espanha.

O financiamento para a pesquisa veio da NASA e da Heising-Simons Foundation.