Em resumo
A cerca de 280 anos-luz da Terra, há um planeta tão quente que completa uma volta em torno da sua estrela em apenas 11 horas. Mesmo assim, observações do Telescópio Espacial James Webb indicam que ele pode ter uma atmosfera e nuvens metálicas capazes de devolver muita luz ao espaço. Os cientistas ainda tentam descobrir do que essa atmosfera é feita e como consegue durar num ambiente tão extremo.
Um planeta sem a alternância habitual entre dia e noite
A missão TESS, da NASA, identificou o planeta em 2020, durante uma busca por mundos que orbitam outras estrelas. O nome TOI-561 b indica que ele está associado à estrela TOI-561, mas o que mais chama a atenção é a órbita extremamente apertada. Em vez de levar dias ou meses para completar uma volta, como acontece em muitos sistemas planetários, esse mundo precisa de apenas 11 horas para regressar ao mesmo ponto da sua órbita.
Por estar tão perto da estrela, é provável que o planeta tenha ficado preso pelas forças de maré. Isso significa que o tempo que leva para girar em torno do próprio eixo coincide com o tempo que leva para orbitar a estrela. Assim, a mesma face fica voltada para ela o tempo todo, enquanto a outra permanece longe da luz direta. TOI-561 b não tem, portanto, um ciclo diário familiar, com nascer e pôr do sol: tem um hemisfério sempre iluminado e outro mergulhado em escuridão permanente.
Essa diferença pode criar um contraste enorme entre os dois lados do planeta. A face voltada para a estrela recebe radiação sem parar, enquanto a outra não recebe luz direta. Se o lado diurno fosse apenas rocha exposta, sem atmosfera, seria de esperar que a sua temperatura fosse ainda mais alta do que a observada. O contraste levou os investigadores a perguntar se uma camada de gases transporta parte do calor para o lado noturno ou se uma grande quantidade de luz é refletida antes de aquecer a superfície.
O Webb acompanha a órbita do planeta
Para investigar essas possibilidades, a equipa de pesquisa usou o Telescópio Espacial James Webb para acompanhar as mudanças no brilho e na temperatura do planeta à medida que ele percorria a sua órbita. As observações duraram 37 horas, tempo suficiente para cobrir quase quatro voltas completas. O objetivo não era simplesmente obter uma imagem do planeta, mas medir como a luz recebida do sistema variava enquanto o mundo mudava de posição em relação à estrela e ao observador.
Esse tipo de medição ajuda a construir uma imagem da distribuição de luz e calor pelo planeta. Quando o brilho observado muda ao longo da órbita, os investigadores podem deduzir diferenças entre as regiões que ficam visíveis em momentos distintos. Segundo Lisa Dang, integrante da equipa e investigadora da University of Waterloo, a análise dessas variações mostrou que o planeta reflete uma quantidade considerável da luz da estrela e que o calor não fica restrito ao lado diurno. Em conjunto, os dois indícios reforçam a possibilidade de existir uma atmosfera.
A observação de quase toda a órbita foi importante porque permitiu à equipa observar, pela primeira vez neste estudo, o lado noturno do planeta. A questão principal era saber se a face escura estava suficientemente quente para receber o calor que sai do lado diurno. No entanto, as medições do Webb indicaram que ela não é quente o bastante para, por si só, explicar toda a energia que falta no lado mais quente. Por isso, o transporte de calor para o lado noturno deixou de ser uma explicação suficiente, e a reflexão da luz passou a ter um papel importante na interpretação dos resultados.
Uma superfície que reflete luz como Vénus
Os resultados indicam que TOI-561 b devolve ao espaço cerca de três quartos da luz da estrela que incide sobre ele. Essa proporção, próxima de 75%, é semelhante à de Vénus, o planeta do Sistema Solar que mais reflete a luz do Sol. Para comparar, a Terra reflete apenas cerca de 30% da luz solar que recebe. A comparação diz respeito à quantidade de luz refletida, não à natureza dos dois ambientes: Vénus, a Terra e TOI-561 b diferem enormemente em temperatura e condições atmosféricas.
Uma taxa de reflexão tão alta pode parecer apenas um detalhe relacionado com a luz, mas ajuda a explicar o equilíbrio térmico do planeta. A luz refletida não se transforma em calor na superfície; por isso, uma camada refletora pode limitar a energia absorvida pela face voltada para a estrela. Isso ajuda a entender por que a superfície parece menos quente do que se esperaria de uma rocha nua, exposta continuamente à radiação estelar. A hipótese de uma atmosfera ganha, assim, outro aspeto: além de poder transportar calor, ela talvez contenha nuvens que devolvem ao espaço uma parte considerável da radiação.
A equipa considera provável que a reflexão seja causada por nuvens de silicatos, formadas na atmosfera quente do planeta. Entre os materiais sugeridos estão o dióxido de silício e os silicatos de magnésio, compostos da família dos minerais encontrados em materiais conhecidos na Terra, como o quartzo e a areia. Nas condições extremas desse planeta, porém, não devemos imaginar nuvens de água semelhantes às da Terra. Seriam partículas minerais que se evaporam ou condensam num ambiente de calor intenso.
Do ponto de vista da radiação, essas camadas podem funcionar como uma barreira que devolve parte da luz estelar antes que ela seja absorvida. Também podem ajudar a manter a própria atmosfera, embora os dados atuais ainda não revelem todos os detalhes dessa relação. As observações sustentam a possibilidade de uma atmosfera e apontam para nuvens muito refletoras, mas ainda não permitem determinar de forma conclusiva a composição dos gases nem explicar em pormenor como os materiais circulam pelo planeta.
Uma atmosfera entre duas hipóteses extremas
Os cientistas ainda não sabem de que materiais é feita a atmosfera de TOI-561 b. Uma possibilidade é que seja densa e rica em dióxido de carbono, lembrando, em termos gerais, a atmosfera de Vénus. Outra hipótese é que contenha muito dióxido de enxofre, o que a aproximaria de um ambiente de intensa atividade vulcânica, como o de Io, a lua de Júpiter e o corpo com maior atividade vulcânica do Sistema Solar.
Essa comparação não significa que o planeta seja uma cópia de Vénus ou de Io. Ela ajuda os investigadores a considerar duas possibilidades para compreender como a atmosfera se formou e como consegue persistir. Se a atividade vulcânica libertar gases para a atmosfera, poderá repor parte do que o planeta perde ao longo do tempo, como se pensa que acontece em Io. Se a atmosfera tiver outra composição, outros mecanismos poderão explicar a sua permanência. Em qualquer dos casos, conhecer os seus componentes reais é essencial para determinar com precisão o que acontece neste mundo.
A questão da persistência é especialmente importante porque TOI-561 b recebe uma quantidade imensa de energia da sua estrela e tem uma temperatura à superfície superior a 1800 graus Celsius. A ideia anterior era que um mundo tão quente talvez não conseguisse manter uma atmosfera. Os novos indícios abrem a possibilidade de que alguma atmosfera tenha permanecido à sua volta durante milhares de milhões de anos, apesar das condições extremas. No entanto, eles não demonstram, por si só, há quanto tempo a atmosfera existe nem reconstituem a sua evolução: levantam novas perguntas sobre os processos que poderiam protegê-la ou renová-la.
O que poderão revelar as próximas observações?
A equipa considera que observações em comprimentos de onda maiores, feitas com o Telescópio Espacial James Webb, poderão ajudar a distinguir entre as explicações propostas. Diferentes materiais deixam marcas diferentes na luz, e analisá-las pode mostrar se a atmosfera se parece mais com uma névoa rica em dióxido de carbono, se tem sinais fortes de dióxido de enxofre ou se apresenta uma composição ainda desconhecida. Medições adicionais também poderão revelar mais sobre as nuvens minerais que explicariam a elevada reflexão.
Conhecer a composição da atmosfera poderá ajudar a relacionar três enigmas: como é que o planeta reflete tanta luz da estrela, como se distribui o calor entre as duas faces e como uma atmosfera consegue persistir num ambiente tão hostil. Cada resposta permitirá testar uma interpretação diferente. Será que predominam as nuvens refletoras? Os vulcões estarão a repor os gases? Ou será que vários fatores atuam em conjunto?
Entre os investigadores que participaram no estudo está Lisa Dang, da University of Waterloo. Os resultados da equipa foram publicados na revista The Astronomical Journal. O trabalho mostra que estudar planetas distantes nem sempre depende de observar diretamente os detalhes da superfície. As mudanças na luz e na temperatura ao longo de uma órbita podem revelar características que uma única imagem não mostraria, como a possível presença de uma atmosfera ou as diferenças de comportamento entre as faces iluminada e escura.
Conclusão
TOI-561 b é um mundo rochoso de extremos: fica a cerca de 280 anos-luz, foi identificado em 2020, completa uma órbita em 11 horas e tem uma temperatura à superfície superior a 1800 graus Celsius. Ao acompanhar o planeta durante 37 horas — quase quatro órbitas —, o Telescópio Espacial James Webb encontrou indícios de que ele reflete cerca de 75% da luz da estrela e talvez esteja envolto por uma atmosfera e por nuvens de silicatos.
A composição dessa atmosfera continua a ser um mistério. Alguns dos seus componentes poderão ser semelhantes aos encontrados na atmosfera de Vénus; outros indícios poderão apontar para dióxido de enxofre e atividade vulcânica como a de Io. Observações futuras do Webb em comprimentos de onda maiores ajudarão a testar essas hipóteses. Até lá, a descoberta é importante porque mostra que um planeta extremamente quente pode ter formas inesperadas de refletir luz e redistribuir calor — e talvez consiga manter uma atmosfera durante longos períodos.