O Telescópio Espacial James Webb encontrou novas evidências de que TOI-561 b, um planeta rochoso submetido a temperaturas extremas, possui uma atmosfera capaz de refletir grande parte da radiação recebida de sua estrela. A descoberta surpreendeu os pesquisadores porque esse mundo orbita tão perto de sua estrela que sua superfície pode abrigar um extenso oceano de rocha derretida, condições que dificultariam a sobrevivência de uma atmosfera durante bilhões de anos.
Localizado a aproximadamente 280 anos-luz da Terra, TOI-561 b pertence à categoria dos planetas de período orbital ultracurto. Ele completa uma volta ao redor de sua estrela em apenas 10,8 horas, permanecendo exposto a uma quantidade de energia muito superior à recebida pela Terra. A proximidade também favorece a possibilidade de que sua rotação esteja sincronizada com a órbita, fazendo com que um hemisfério permaneça constantemente iluminado, enquanto o outro enfrenta uma noite permanente.
A pesquisa foi conduzida por uma equipe internacional liderada por Samuel Boucher, com participação da astrônoma Lisa Dang, professora da Universidade de Waterloo, no Canadá. Os resultados foram publicados na revista científica The Astronomical Journal e indicam que o planeta pode refletir aproximadamente 75% da luz recebida de sua estrela, uma proporção comparável à de Vênus. Para explicar essa característica, os cientistas investigaram a possibilidade de que sua atmosfera contenha nuvens formadas por minerais de silicato, compostos abundantes nas rochas terrestres.
A existência de uma atmosfera substancial em TOI-561 b já vinha sendo investigada pelos astrônomos. Observações anteriores do James Webb mostraram que o hemisfério permanentemente iluminado do planeta apresentava uma temperatura inferior à prevista para uma superfície rochosa escura e sem atmosfera. Essa diferença indicava que parte da energia recebida da estrela poderia estar sendo transportada para o lado noturno ou refletida antes de aquecer a superfície.
Para descobrir qual desses processos seria mais importante, os pesquisadores realizaram uma nova campanha de observações utilizando o espectrógrafo de infravermelho próximo do James Webb, conhecido como NIRSpec. Durante aproximadamente 37 horas, o telescópio acompanhou quase quatro órbitas completas do planeta, permitindo medir pequenas variações na radiação emitida pelo sistema ao longo do tempo.
A técnica utilizada, chamada curva de fase, permite investigar como o brilho de um planeta muda conforme diferentes regiões de sua superfície ficam voltadas para o observador. Embora a estrela seja muito mais luminosa, instrumentos sensíveis conseguem identificar pequenas alterações na emissão total e, a partir delas, estimar a contribuição do planeta. Dessa maneira, a equipe pôde investigar não apenas o hemisfério iluminado, mas também a emissão térmica do lado noturno, que não havia sido caracterizada com a mesma precisão nas observações anteriores.
Os resultados mostraram que existe redistribuição de calor pelo planeta, um comportamento compatível com a circulação atmosférica. Entretanto, o lado noturno não apresentou temperaturas suficientemente elevadas para explicar toda a diferença entre o aquecimento previsto e aquele efetivamente observado no hemisfério diurno. Isso levou os pesquisadores a concluir que uma parcela significativa da radiação estelar provavelmente está sendo refletida de volta ao espaço.
A análise indica um albedo de aproximadamente 0,75. O albedo representa a fração da radiação incidente que um objeto reflete, de modo que um valor de 0,75 corresponde a cerca de três quartos da energia recebida. Para um planeta rochoso tão quente e próximo de sua estrela, essa elevada refletividade exige uma explicação, já que uma superfície escura de rocha fundida absorveria uma quantidade muito maior de energia.
Para investigar a origem dessa refletividade, os pesquisadores recorreram a simulações computacionais que reproduzem a circulação atmosférica e as condições térmicas de TOI-561 b. Os modelos indicaram que nuvens compostas por minerais de silicato poderiam se formar em determinadas regiões do planeta e refletir parte considerável da radiação estelar.
Entre os compostos considerados estão o dióxido de silício, de fórmula SiO₂, e o silicato de magnésio, MgSiO₃. O primeiro é um dos principais componentes do quartzo, enquanto o segundo está relacionado a minerais comuns em materiais rochosos. Em temperaturas suficientemente elevadas, componentes das rochas podem passar para a fase gasosa e, ao alcançar regiões mais frias da atmosfera, condensar-se em pequenas partículas. Essas partículas poderiam formar nuvens minerais com propriedades bastante diferentes das nuvens de água encontradas na Terra.
Em TOI-561 b, a circulação atmosférica poderia transportar esses materiais entre regiões com diferentes temperaturas, favorecendo a formação de nuvens em áreas onde a condensação fosse possível. Dependendo de sua composição, tamanho e distribuição, as partículas seriam capazes de refletir uma quantidade expressiva da luz estelar, reduzindo a energia absorvida pelo planeta. Esse mecanismo ajudaria a explicar por que o hemisfério iluminado apresenta uma emissão térmica menor do que a esperada para uma superfície rochosa sem cobertura atmosférica.
Entretanto, a pesquisa não identificou diretamente dióxido de silício ou silicato de magnésio na atmosfera. A existência dessas nuvens é uma hipótese sustentada pela combinação entre as observações e os modelos computacionais, e sua composição ainda precisa ser confirmada por novas medições espectroscópicas.
A elevada refletividade também pode ajudar a compreender outro aspecto intrigante de TOI-561 b: a possível sobrevivência de uma atmosfera substancial em condições tão extremas. Planetas muito próximos de suas estrelas recebem intensa radiação, capaz de aquecer os gases atmosféricos e favorecer sua perda para o espaço. Ao longo de bilhões de anos, esse processo pode remover uma parcela significativa da atmosfera, especialmente em planetas rochosos de menor massa.
No entanto, TOI-561 b parece ter conseguido conservar ou repor parte desse material. Uma das explicações investigadas envolve a interação entre sua atmosfera e o interior do planeta, que pode conter grandes quantidades de rocha fundida. Se houver um oceano de magma na superfície, gases dissolvidos no material rochoso poderiam ser liberados continuamente, reabastecendo a atmosfera mesmo enquanto parte dela escapa para o espaço.
Esse processo seria semelhante, em alguns aspectos, à liberação de gases pela atividade vulcânica, mas poderia ocorrer em uma escala muito maior. A composição do magma, as temperaturas envolvidas e a quantidade de gases disponíveis influenciariam diretamente a estrutura e a evolução atmosférica. Ao mesmo tempo, a presença de nuvens refletoras poderia reduzir parte do aquecimento produzido pela radiação estelar, modificando as condições nas quais esses gases circulam e escapam.
Os pesquisadores ainda não sabem se essa combinação seria suficiente para explicar a sobrevivência da atmosfera durante toda a história do planeta. A resposta depende de fatores como a intensidade da radiação emitida pela estrela ao longo do tempo, a quantidade inicial de gases e a eficiência dos processos de reposição atmosférica.
Outra questão importante é a composição química da atmosfera. Uma possibilidade é que ela contenha grandes quantidades de dióxido de carbono, lembrando, em determinados aspectos, a atmosfera espessa de Vênus. Entretanto, as temperaturas de TOI-561 b seriam muito superiores às encontradas no planeta vizinho da Terra, produzindo condições físicas bastante diferentes.
Os cientistas também consideram a possibilidade de uma atmosfera rica em dióxido de enxofre, composto associado à atividade vulcânica. Esse gás está presente no ambiente de Io, satélite natural de Júpiter conhecido por seus numerosos vulcões ativos. Em um planeta com extensas regiões de magma, a liberação de compostos de enxofre poderia contribuir para a formação e manutenção de uma atmosfera.
Por enquanto, essas possibilidades continuam em aberto. As observações atuais fornecem informações importantes sobre a distribuição de calor e a refletividade do planeta, mas ainda não permitem determinar com segurança quais gases predominam em sua atmosfera. Para avançar nessa investigação, a equipe pretende utilizar observações em comprimentos de onda infravermelhos mais longos, capazes de revelar características espectrais associadas a diferentes moléculas.
Essas futuras medições também poderão testar se as nuvens minerais propostas pelos modelos realmente existem e como estão distribuídas pelo planeta. A identificação de sua composição permitiria compreender melhor a interação entre o oceano de magma, a atmosfera e a intensa radiação estelar.
A descoberta amplia as possibilidades para o estudo de planetas rochosos extremamente quentes. Até recentemente, muitos desses mundos eram considerados candidatos improváveis a conservar atmosferas significativas, mas as observações do James Webb estão mostrando que sua evolução pode ser mais complexa. Em TOI-561 b, a combinação entre uma superfície possivelmente fundida, a liberação de gases do interior e a presença de nuvens altamente refletoras poderá oferecer novas informações sobre os limites de sobrevivência das atmosferas planetárias.
Sobre a imagem: Conceito artístico do mundo de lava TOI-561 be sua estrela, cuja superfície fervilha com gás quente e borbulhante. Créditos da imagem: CryoDragon Inc.
Estudo científico: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ae9763