Mundo em formato de limão surpreende e é diferente de tudo que já vimos.

Um exoplaneta recém-identificado acabou de ganhar, com folga, o título de mundo mais estranho já observado na galáxia Via Láctea.

Ele se chama PSR J2322-2650b, e praticamente tudo nele foge do esperado. Trata-se de um Júpiter quente que orbita um pulsar de milissegundo, tão deformado pela gravidade do astro hospedeiro que fica alongado, lembrando um limão. A atmosfera contém vapor de carbono e o interior pode ser dominado por hélio. Para completar, a atmosfera inteira circula a uma velocidade absurda - no sentido oposto ao da rotação do planeta.

“Foi uma surpresa total”, afirma o astrónomo Peter Gao, do Laboratório Carnegie de Terra e Planetas. “Lembro que, quando os dados chegaram, a reação colectiva foi: ‘Que diabos é isto?’”

Mundos exóticos existem - mas o PSR J2322-2650b não se encaixa

Não há dúvida de que o Universo consegue produzir planetas bizarros, desde atmosferas tão leves que lembram algodão-doce até nuvens metálicas, chuva de coríndon e exoplanetas ultradensos apelidados de “projécteis”.

Mesmo quando parecem desafiar o bom senso, a maior parte desses mundos ainda cabe dentro de explicações plausíveis. Já o PSR J2322-2650b resiste a interpretações simples: as suas características não combinam com nenhum caminho conhecido de evolução planetária.

“É muito difícil imaginar como se chega a uma composição tão enriquecida em carbono”, diz o astrónomo Michael Zhang, da Universidade de Chicago. “Isso parece descartar todos os mecanismos de formação que conhecemos.”

PSR J2322-2650b e o pulsar de milissegundo PSR J2322-2650: a estrela por trás do mistério

Para entender o caso, é melhor começar pelo astro central, PSR J2322-2650 (o mesmo nome do sistema, mas sem o “b” final do exoplaneta), localizado a cerca de 2.055 anos-luz (aprox. 630 parsecs) de distância. Ele pertence à categoria de estrelas degeneradas conhecida como pulsar de milissegundo - essencialmente uma estrela de nêutrons com um “extra”.

Uma estrela de nêutrons já é, por si só, um objecto extremo: nasce do núcleo colapsado e ultradenso de uma estrela massiva que explodiu como supernova. Esses remanescentes podem chegar a 2,3 massas solares, comprimidos numa esfera com apenas 20 km de diâmetro.

O “upgrade” para pulsar de milissegundo acontece quando a estrela de nêutrons gira em escalas de milissegundos - no caso do PSR J2322-2650, a rotação é de 3,46 milissegundos - e emite feixes intensos de radiação de rádio e radiação gama pelos polos, como um farol cósmico com regularidade notável.

Como o planeta foi encontrado (antes do JWST)

Foi justamente essa regularidade que levou à descoberta do PSR J2322-2650b em 2017. Astrónomos perceberam que os pulsos de rádio do pulsar não estavam tão “certinhos” quanto deveriam. Ao analisar a temporização com mais cuidado, rastrearam a perturbação até um companheiro invisível com massa planetária: cerca de 80% da massa de Júpiter, girando em torno do pulsar numa órbita incrivelmente curta de 7,8 horas.

Por algum tempo, esse era praticamente todo o retrato disponível do sistema.

O que o JWST conseguiu ver onde outros não viam

O cenário mudou quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) observou o sistema de perto. Como o JWST trabalha principalmente no infravermelho - e não “enxerga” directamente os feixes de rádio e de radiação gama que dominam a emissão do pulsar - o planeta pode ser destacado com muito mais clareza, criando uma oportunidade rara de observação.

“Este sistema é único porque conseguimos ver o planeta iluminado pela sua estrela hospedeira, mas sem ver a estrela em si”, explica a astrónoma Maya Beleznay, da Universidade Stanford. “Assim obtemos um espectro muito ‘limpo’ e dá para estudar o sistema com um nível de detalhe incomum para exoplanetas.”

A partir daí, foi possível levantar um conjunto amplo de propriedades da atmosfera, incluindo temperatura, composição e até o sentido e a velocidade dos ventos.

Um ponto importante é que a espectroscopia no infravermelho permite identificar assinaturas químicas específicas ao separar a luz por comprimento de onda. Em sistemas comuns, a estrela ofusca o planeta e complica a leitura; aqui, a natureza do pulsar ajudou a “despoluir” o sinal, tornando o espectro atmosférico do PSR J2322-2650b especialmente valioso.

Uma atmosfera esticada, superaquecida e correndo ao contrário

Com base em estudos anteriores e em química básica, cientistas planetários têm uma noção razoável de como deve ser a atmosfera típica de um exoplaneta. Era de se esperar alguma excentricidade - afinal, este é o primeiro “mundo de pulsar” com atmosfera analisada em detalhe -, mas as medições do JWST foram muito além do que se imaginava.

O primeiro choque vem da proximidade extrema do planeta com o pulsar: a gravidade do hospedeiro puxa a atmosfera, deformando-a e alongando-a como uma bola de futebol americano.

Além disso, a atmosfera apanha uma surra de radiação gama, aquecendo-se até cerca de 1.900 K (aprox. 1.630 °C; cerca de 2.960 °F). Isso é bem mais do que os 1.300 K previstos se o aquecimento viesse apenas da radiação “normal” associada à luz estelar.

Como se não bastasse, o ar do planeta circula para oeste, enquanto o planeta gira para leste - ou seja, a atmosfera gira no sentido oposto ao da rotação planetária, que por sua vez está travada pela órbita (rotação síncrona) em torno do pulsar.

Carbono demais: uma química que ninguém esperava

A composição do planeta é o ponto em que tudo passa do estranho para o quase inexplicável. As observações indicam quantidades enormes de carbono, com a possibilidade de esse material cristalizar em altitudes mais baixas, formando algo como chuva de diamantes em camadas profundas.

“É um novo tipo de atmosfera planetária que ninguém tinha visto antes”, diz Zhang. “Em vez das moléculas comuns que esperamos num exoplaneta - como água, metano e dióxido de carbono - encontrámos carbono molecular, especificamente C₃ e C₂.”

Esse padrão químico não casa com o que os modelos tradicionais preveem para Júpiteres quentes, nem com o que se imagina para planetas que se formam e evoluem em ambientes menos violentos.

A pergunta inevitável: como algo assim sobreviveu à supernova?

Diante de um pulsar - um remanescente de supernova - a pergunta aparece quase automaticamente: como um planeta poderia sobreviver ao colapso do núcleo que formou a estrela de nêutrons? Para este caso, a melhor resposta parece ser directa: não sobreviveu.

A equipa de Zhang e colegas argumenta que o PSR J2322-2650b talvez nem tenha começado como planeta. A hipótese é que o objecto tenha nascido como uma estrela de hélio e, ao longo do tempo, foi sendo esculpido até restar algo com massa planetária.

Isso se liga a uma classe de pulsares conhecidos como viúvas-negras, que vivem em sistemas binários e devoram lentamente a estrela companheira - num paralelo com a aranha viúva-negra e o seu comportamento. Esse processo de erosão pode explicar tanto um interior rico em hélio quanto a presença de carbono na atmosfera.

Há também um aspecto mais amplo aqui: sistemas como este ajudam a desfocar a fronteira entre planeta, anã castanha e estrela. O companheiro já não tem massa suficiente para sustentar fusão nuclear no núcleo; por isso, não se encaixa mais como estrela - nem mesmo como anã castanha -, ainda que a sua história possa ter sido estelar.

O que ainda não fecha - e por que há debate

Mesmo com um cenário de “estrela que virou quase-planeta”, várias peças continuam em aberto.

“À medida que o companheiro arrefece, a mistura de carbono e oxigénio no interior começa a cristalizar”, explica o astrofísico Roger Romani, da Universidade Stanford e do Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia.

“Cristais de carbono puro flutuam para cima e acabam misturados ao hélio, e é isso que vemos. Mas então algo precisa acontecer para manter oxigénio e nitrogénio afastados. É aí que está a controvérsia.”

Em outras palavras, o carbono observado pode ter um caminho plausível, mas os mecanismos que “separam” ou suprimem outros elementos esperados ainda são motivo de discussão.

Próximos passos: mais dados para um enigma fora do padrão

Observações futuras devem ajudar a destrinchar o que está por trás dessa combinação de pulsar de milissegundo, radiação gama, atmosfera deformada, carbono molecular e circulação atmosférica invertida - um conjunto que torna o PSR J2322-2650b diferente de tudo o que já foi visto.

“É bom não saber tudo”, comenta Romani. “Estou ansioso para aprender mais sobre a estranheza desta atmosfera. É óptimo ter um quebra-cabeça para perseguir.”

A pesquisa foi publicada na revista Cartas do Jornal Astrofísico.