JWST deteta monóxido de silício em Tylos (WASP-121b) e revela a sua origem

As minúsculas pedrinhas que sobram depois do nascimento de uma estrela acabaram por alimentar o crescimento de um dos mundos mais estranhos e indomáveis alguma vez encontrados pela humanidade.

Tylos (WASP-121b), o exoplaneta extremo

O alvo é bem conhecido: Tylos, também designado WASP-121b, um exoplaneta gigante gasoso a cerca de 880 anos-luz de distância. Está tão colado à sua estrela hospedeira que a atmosfera se enche de nuvens de metal vaporizado.

Tylos é um dos exoplanetas mais observados da Via Láctea e, ainda assim, novas medições indicam agora que este mundo foi montado a partir do pó e das rochas que rodopiavam em torno da estrela, numa fase muito inicial do sistema.

O planeta tem cerca de 1.75 vezes o raio de Júpiter, mas apenas 1.16 vezes a massa de Júpiter. Dá voltas a uma estrela amarelo-esbranquiçada chamada Dilmun, com 1.5 vezes o raio do Sol, numa órbita vertiginosa de apenas 30 horas. A proximidade é tão extrema que o planeta está literalmente a evaporar: a atmosfera, dilatada pelo calor intenso, fica “inchada”.

À medida que completa a órbita, Tylos passa entre nós e Dilmun. Esta geometria torna-o particularmente favorável ao estudo: parte da luz da estrela atravessa a atmosfera expandida do exoplaneta e, nesse percurso, é subtilmente modificada pelas moléculas presentes. Os astrónomos analisam com grande cuidado esses sinais ténues para identificar quais as moléculas responsáveis pelas alterações.

A pista do monóxido de silício vista pelo JWST

A prova decisiva surgiu na forma de monóxido de silício - nuvens de rocha vaporizada. Com o JWST, uma equipa de astrónomos detetou esta molécula na atmosfera do exoplaneta, além de água, monóxido de carbono e metano.

"As abundâncias relativas de carbono, oxigénio e silício dão-nos pistas sobre como este planeta se formou e como adquiriu o seu material", explica o astrónomo Thomas Evans-Soma, da University of Newcastle, na Austrália, que liderou o estudo.

A primeira deteção de monóxido de silício numa atmosfera de exoplaneta foi descrita num artigo publicado em 2022. Trata-se de uma molécula muito rara e particularmente difícil de observar. No entanto, no caso de Tylos, foi precisamente a combinação de moléculas encontrada na atmosfera que permitiu a Evans-Soma e aos seus colegas reconstruir o local de origem do planeta.

Linhas de gelo, migração e o enigma do metano no lado nocturno

Tylos pertence à categoria dos chamados Júpiteres quentes - gigantes gasosos em órbitas absurdamente próximas das suas estrelas. A existência destes planetas continua a levantar questões: não conseguem formar-se tão perto, porque a radiação e os ventos estelares impediriam a acumulação de gás. A explicação mais aceite é que nascem mais longe e, depois, migram para o interior.

As estrelas formam-se a partir de nuvens densas de gás molecular. Enquanto giram, parte do material organiza-se num disco que se enrola e alimenta a estrela em crescimento. Quando a estrela se torna suficientemente poderosa para afastar esse material com os seus ventos, o crescimento é travado e o que sobra no disco começa a aglomerar-se em pequenos seixos de poeira e gelo; esses grãos colam-se, crescem e acabam por dar origem aos planetas.

Quanto mais perto se está da estrela, mais facilmente o gelo sublima e passa diretamente a gás. Este limite é conhecido como linha de gelo - ou linha de neve - e cada tipo de gelo tem o seu próprio ponto de sublimação.

Ao analisarem as proporções das moléculas medidas na atmosfera de Tylos, os investigadores concluíram que o exoplaneta se formou a uma distância em que o metano já estaria na fase de vapor, mas o gelo de água ainda permaneceria congelado.

No Sistema Solar, uma distância equivalente situar-se-ia algures entre as órbitas de Júpiter e Urano. Como Dilmun é mais quente do que o nosso Sol, a distância correspondente, no caso de Tylos, teria de ser ainda maior - o que implica que o planeta terá migrado uma grande extensão até chegar à posição atual. Estes resultados constituem também uma das melhores evidências, até agora, sobre a forma como os Júpiteres quentes se formam e evoluem.

Ainda assim, há outro mistério por resolver. O metano foi detetado no lado nocturno do exoplaneta, que está permanentemente virado para longe de Dilmun. O metano é instável a temperaturas elevadas, pelo que não seria detetável no lado diurno abrasador. E, ao circular para o lado nocturno, seria de esperar que continuasse indetetável à mesma altitude.

Por isso, a abundância elevada de metano em camadas altas da atmosfera do lado nocturno de Tylos aponta para processos atmosféricos invulgares. A equipa interpreta o fenómeno como mistura vertical - correntes ascendentes fortes que transportam metano das profundezas para as regiões superiores, onde o JWST o consegue observar.

"Isto desafia os modelos dinâmicos de exoplanetas, que provavelmente terão de ser adaptados para reproduzir a forte mistura vertical que descobrimos no lado nocturno", afirma Evans-Soma.

Apesar de termos observado Tylos mais do que a maioria dos quase 6.000 exoplanetas confirmados até hoje, este mundo estranho e a derreter continua a ter muito para ensinar sobre planetas na Via Láctea.

A investigação foi publicada na Nature Astronomy.