James Webb comprova atmosfera em planeta rochoso ultraquente TOI-561 b

Palavra-chave principal: atmosfera em planeta rochoso

Dados recém-liberados do Telescópio Espacial James Webb revelam a evidência mais robusta já obtida de atmosfera em planeta rochoso fora do Sistema Solar. O alvo do estudo é TOI-561 b, uma super-Terra submetida a temperaturas extremas que completa uma volta em torno de sua estrela em menos de 11 horas. A equipe responsável analisou 37 horas contínuas de observação realizadas em maio de 2024 e constatou que o lado diurno exibe cerca de 1 700 °C — valor que só pode ser explicado pela presença de uma camada gasosa densa e rica em substâncias voláteis, capaz de redistribuir calor.

Contexto astronômico: a importância de detectar atmosfera em planeta rochoso

Desde a identificação dos primeiros exoplanetas, astrônomos buscam sinais de envoltórios gasosos em mundos sólidos que lembrem a composição da Terra. Confirmar atmosfera em planeta rochoso é crucial por três motivos: fornece pistas sobre a evolução de corpos expostos a radiação intensa, permite estimar a dinâmica interna que sustenta gases na superfície e ajuda a refinar modelos sobre a diversidade planetária existente na Via Láctea. Até agora, contudo, atmosferas haviam sido confirmadas apenas em gigantes gasosos ou em super-Terras relativamente temperadas. O resultado obtido para TOI-561 b rompe essa barreira e mostra que mesmo planetas abrasados podem manter gases por tempo prolongado.

TOI-561 b: órbita fulminante e características físicas

TOI-561 b situa-se a aproximadamente 280 anos-luz, na constelação de Sextans, e orbita uma estrela que tem cerca de 10 bilhões de anos. É o membro mais interno de um sistema com pelo menos três planetas conhecidos. A distância que o separa de sua estrela é muito inferior à que Mercúrio mantém do Sol; por isso, completa uma órbita em menos de 11 horas, configurando-se como um planeta de período ultracurto.

Dados de densidade obtidos pelo Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Trânsito (TESS) indicam que TOI-561 b é mais leve do que se esperaria para um corpo puramente rochoso. Essa anomalia já sugeria a existência de materiais voláteis ou de uma composição interna incomum. A nova medição de temperatura, feita pelo Webb, reforça a hipótese de uma camada gasosa significativa, capaz de atenuar o calor que o planeta receberia diretamente da estrela.

Metodologia: como o James Webb isolou a atmosfera em planeta rochoso

A coleta de dados utilizou o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRSpec) do Webb. A estratégia consistiu em monitorar eclipses secundários, fenômeno que ocorre quando o planeta passa atrás da estrela. Nesse momento, a luz vinda do planeta deixa de contribuir temporariamente para o brilho total do sistema. Ao comparar os níveis de radiação antes, durante e depois do eclipse, os astrônomos isolaram a emissão do lado diurno de TOI-561 b.

Modelos térmicos indicam que um planeta sem atmosfera, tão próximo de sua estrela, deve registrar temperaturas próximas de 2 700 °C. O valor de 1 700 °C medido pelo Webb é mais de 1 000 °C inferior, o que só pode ser justificado pela presença de um meio que absorve e redistribui parte da energia recebida. Além disso, a forma do espectro infravermelho não combina com superfícies nuas de silicato derretido, mas se ajusta a atmosferas espessas ricas em moléculas voláteis.

Ventos supersônicos e redistribuição de calor

Os investigadores aplicaram simulações de circulação atmosférica acopladas a dados de emissão para testar diferentes cenários. O quadro que melhor explica as medições envolve ventos de alta velocidade que transferem calor do hemisfério diurno para o noturno. Essa dinâmica suaviza o contraste térmico entre os lados do planeta e impede que a face iluminada alcance o limite previsto para uma superfície exposta.

A pressão estimada da atmosfera situa-se em dezenas a centenas de vezes a da Terra, valor compatível com uma camada rica em elementos e compostos voláteis. Mesmo sob radiação extrema, tal pressão dificulta a fuga de partículas para o espaço, prolongando a vida da atmosfera.

Interação magma-atmosfera: um ciclo que alimenta a camada gasosa

TOI-561 b provavelmente mantém um oceano global de magma. Às temperaturas observadas, rochas se encontram em estado líquido, formando mares incandescentes na superfície. Gases emanados desse mar de rocha fundida — possivelmente vapor de silicato, óxidos e elementos leves — alimentam a atmosfera. Em contrapartida, processos de condensação e dissolução devolvem parte desses voláteis ao interior do planeta. Trata-se de um ciclo dinâmico que ajuda a explicar como se sustenta a atmosfera em planeta rochoso submetido a radiação tão intensa.

Esse equilíbrio entre exsolução e reabsorção de gases tem implicações importantes: controla a composição atmosférica, afeta a viscosidade do magma e influencia a quantidade de calor liberada para o espaço. Ao capturar a assinatura infravermelha desse processo, o Webb oferece uma janela inédita sobre a geologia de mundos extremos.

Consequências para teorias de formação e evolução de exoplanetas

A constatação de que um planeta com período ultracurto ainda exibe uma atmosfera contraria previsões dominantes de que a radiação estelar erodiria rapidamente qualquer envoltório gasoso. Modelos de evolução terão de incorporar mecanismos que retardam a perda atmosférica, como:

• Pressões iniciais elevadas que geram camadas mais espessas;
• Reposição constante de voláteis pelo magma subjacente;
• Proteção oferecida por campos magnéticos ou pela própria pressão atmosférica.

Além disso, o achado amplia a diversidade conhecida de arquiteturas planetárias. Mundos ultraquentes, antes considerados condenados à esterilidade superficial, podem manter processos internos ativos que modulam sua composição química ao longo de bilhões de anos. Esse cenário abre novas possibilidades para estudos comparativos entre sistemas planetários de diferentes idades.

Próximos passos observacionais e científicos

Os autores planejam repetir as medições em comprimentos de onda complementares, buscando identificar assinaturas moleculares específicas que possam confirmar a composição exata da atmosfera. Observações adicionais de eclipses secundários também podem mapear a distribuição de temperatura ao redor do planeta, testando a eficiência real do transporte de calor por ventos.

Em paralelo, a publicação no periódico The Astrophysical Journal Letters estimula grupos teóricos a refinar códigos de modelagem que descrevem a interação entre magma e atmosfera. O objetivo é prever se mecanismos semelhantes atuam em outras super-Terras ultraquentes já catalogadas pelo TESS e por missões de trânsito futuras.

O conjunto de dados de maio de 2024 permanecerá disponível no arquivo aberto do Webb, permitindo que equipes independentes apliquem metodologias próprias para verificar, comparar e expandir as conclusões apresentadas.