As últimas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA mostram a existência de estranhas nuvens compostas de sal em torno de um exoplaneta apelidado de "Planeta Rosa", fornecendo evidências diretas da estrutura atmosférica de um dos companheiros semelhantes a planetas mais frios do universo e resolvendo um mistério que tem intrigado a comunidade astronômica há mais de uma década. A pesquisa relevante foi liderada pela Northwestern University e publicada no Astronomical Journal em 18 de junho.

O “planeta rosa”, oficialmente designado GJ 504 b, foi descoberto pela primeira vez em 2013 e orbita uma estrela semelhante ao Sol a cerca de 57 anos-luz da Terra. Apesar do seu apelido de “planeta”, os cientistas não têm a certeza se deve ser classificado como um verdadeiro planeta – com cerca de 25 vezes a massa de Júpiter, está perto da linha divisória entre planetas gigantes e anãs castanhas, por isso os investigadores estão a chamá-lo com mais cautela de “companheiro de massa planetária”, um objecto semelhante a um planeta que orbita uma estrela.

GJ 504 b tem sido difícil de estudar há muito tempo devido à sua temperatura extremamente baixa e brilho fraco. A maioria dos exoplanetas que foram fotografados diretamente até agora têm temperaturas de cerca de 1.000 a 2.000 graus Fahrenheit (cerca de 538 a 1.093 graus Celsius), enquanto GJ 504 b tem apenas cerca de 550 graus Fahrenheit (cerca de 290 graus Celsius), aproximadamente a mesma temperatura do pão assado no forno. A equipa de investigação analisou que este estado relativamente “frio” reflete a sua idade muito avançada – os planetas gigantes são extremamente quentes quando nascem, mas arrefecem gradualmente ao longo de milhares de milhões de anos. A idade do GJ 504 b é estimada entre 2,5 bilhões e 4 bilhões de anos.

Aneesh Baburaj, pesquisador de pós-doutorado no Centro de Astrofísica da Universidade Northwestern (CIERA) que liderou a pesquisa, destacou que “o planeta rosa é o objeto estelar companheiro mais frio descoberto usando instrumentos terrestres”. Ao longo da última década, muitas equipas tentaram usar os maiores telescópios terrestres do mundo para realizar observações de acompanhamento para obter espectros atmosféricos, mas todas falharam porque os alvos eram demasiado ténues. Em comparação, o Telescópio Espacial James Webb, com as suas capacidades de observação infravermelha altamente sensíveis, foi capaz de separar com sucesso o espectro atmosférico desta estrela companheira em cerca de duas horas de observação, tornando-se uma nova ferramenta chave para estudar tais “mundos frios e escuros”.

Nesta observação, os investigadores usaram o JWST para realizar imagens de alto contraste da estrela principal e da sua estrela companheira, e usaram métodos avançados de processamento de dados para eliminar o forte brilho da estrela-mãe e, finalmente, extraíram o sinal espectral emitido pela própria estrela companheira. Ao dividir a luz em diferentes comprimentos de onda, os cientistas são capazes de analisar as “impressões digitais” químicas na atmosfera para inferir os tipos de elementos e moléculas presentes nela. Depois de obter o espectro com sucesso, a equipe rapidamente percebeu que as características atmosféricas do “planeta rosa” eram “muito diferentes de qualquer coisa analisada antes”, disse Baburaj.

Os resultados da análise espectral mostram que a atmosfera do GJ 504 b contém vapor de água, metano, dióxido de carbono, amônia e uma variedade de outros componentes moleculares. No entanto, quando a equipa de investigação comparou estas observações com os modelos atmosféricos existentes, inicialmente só conseguiram corresponder aos dados quando foram introduzidas condições extremas irrealistas, o que contradizia claramente o bom senso da física. O verdadeiro avanço veio depois que os cientistas começaram a adicionar nuvens às suas simulações: quando diferentes tipos de nuvens foram introduzidos no modelo e os seus efeitos no espectro foram testados um por um, o modelo de nuvem de sal correspondeu aos dados medidos muito melhor do que outras opções.

O estudo aponta que essas nuvens de sal podem ter obscurecido as camadas mais profundas da atmosfera do planeta, fazendo com que os sinais espectrais eventualmente detectados pelo JWST viessem principalmente de regiões acima ou próximas às nuvens, alterando assim as características de absorção e espalhamento molecular. Baburaj disse: "Depois de adicionarmos nuvens à simulação, os resultados começaram a ser consistentes com a nossa compreensão teórica dos planetas frios; tentámos três tipos diferentes de nuvens, e o esquema de nuvens de sal foi o mais adequado." Depois de considerar a influência das nuvens de sal, as características das moléculas atmosféricas escondidas nas camadas mais profundas foram moderadamente enfraquecidas, e o modelo espectral finalmente tornou-se fisicamente razoável.

Acredita-se que este trabalho seja a primeira evidência direta da existência de nuvens de sal na atmosfera de um objeto frio de massa planetária, e também verifica uma classe de previsões teóricas apresentadas pela comunidade científica há mais de uma década. Ao mesmo tempo, as observações também mostram que GJ 504 b é invulgarmente rico em elementos pesados ​​— elementos além do hidrogénio e do hélio, que os astrónomos chamam colectivamente de “metais” — o que pode significar que o seu processo de formação é diferente do dos planetas gigantes normais. Com base nos dados existentes, a equipa de investigação ainda não consegue determinar se o corpo celeste está mais próximo de um “planeta gigante” formado pela agregação de discos planetários, ou se é mais semelhante a uma pequena estrela ou anã castanha formada através do colapso gravitacional. A questão da sua origem ainda requer um estudo mais aprofundado.

Os pesquisadores enfatizaram que o método demonstrado pelo Telescópio James Webb neste estudo abrirá uma nova janela para a exploração de objetos fracos e frios mais semelhantes. Júpiter, por exemplo, tem nuvens espessas de gelo de amoníaco cobrindo a sua atmosfera superior, mas os instrumentos existentes ainda não são capazes de observar estas estruturas de nuvens com um nível de detalhe semelhante ao de GJ 504 b. Hoje, a detecção bem sucedida de nuvens de sal na atmosfera de GJ 504 b mostra que os astrónomos estão a expandir constantemente os tipos de mundos frios que podem ser estudados em detalhe, fornecendo uma referência importante para a futura exploração de nuvens e estruturas atmosféricas dentro e fora do sistema solar.

Baburaj destacou que esta é a primeira vez que se descobre que nuvens de sal desempenham um “papel crítico” na interpretação do espectro de um objeto frio de massa planetária, o que tem implicações importantes para a construção e correção de modelos atmosféricos. Ele lembrou: “Este é um lembrete importante: a presença e o impacto das nuvens devem ser considerados de forma mais sistemática nas simulações”. À medida que o JWST continua a realizar imagens de alto contraste e observações espectroscópicas, os cientistas esperam que mais exocompanheiros frios e escuros como GJ 504 b sejam estudados em profundidade, ajudando assim os humanos a compreender de forma mais abrangente os diversos planetas e mundos subestelares no universo.