Nuvens formadas a partir de rocha vaporizada poderão criar o melhor isolamento térmico num dos tipos mais comuns de exoplanetas descobertos até agora – os sub-Netunos – aumentando as temperaturas tão altas que as superfícies sólidas destes mundos derretem e se transformam em oceanos de magma.
“Este trabalho nos leva um passo mais perto de responder à questão de saber de que são feitos esses mundos misteriosos”, disse o astrônomo Luis Welbanks, da Universidade Estadual do Arizona, em um declaração.
Sub-Netuno são planetas maiores que Terra mas menor que Netuno. Eles são especialmente misteriosos porque não temos um mundo deste tipo em nosso sistema solar. Pensa-se que contêm um núcleo rochoso rodeado por uma atmosfera profunda, mas não se sabe muito mais sobre a sua composição e estrutura. Sua atmosfera poderia ser rica em hidrogênio, como Júpiter‘s, ou pode ser abundante em vapor de água e moléculas orgânicas à base de carbono. Em alguns casos, podem até ser habitáveis sob a mundo hyceano paradigma, em que uma espessa atmosfera de hidrogênio envolve um oceano global de água líquida.
O Telescópio Espacial James Webb (JWST) está ocupado investigando a atmosfera de vários sub-Netunos para tentar aprender mais sobre sua composição, porque sua atmosfera deveria ser representativa da composição de tais planetas, mas os resultados até agora têm sido inconclusivos.
As atmosferas de sub-Netuno são profundas e densas, o que significa que pressões esmagadoras próximas à fronteira entre a atmosfera e o corpo sólido do mundo podem transformar minerais em vapor que forma nuvens. Esses minerais incluem óxido de alumínio, ferro, silicato de magnésio, sulfeto de manganês, cloreto de potássio, sulfeto de sódio e sulfeto de zinco.
Usando simulações computacionais detalhadas, uma equipe liderada por Sagnick Mukherjee, da Universidade Estadual do Arizona, explorou o efeito que essas nuvens poderiam ter na superfície e na atmosfera de um sub-Netuno.
Eles mostraram que quando essas nuvens minerais se formam nas profundezas, elas agem como mantas isolantes eficientes que retêm o calor (e muito) que vaza do núcleo do planeta.
“Entre os sub-Netunos atualmente estudados com o JWST, ficamos surpresos ao descobrir que o aquecimento impulsionado pelas nuvens pode aumentar a temperatura na fronteira interior-atmosfera do planeta em cerca de 1.400 a 2.600 graus Celsius (2.550-4.712 graus Fahrenheit)”, disse Mukherjee.
Ao mesmo tempo, como o calor é impedido de escapar, a atmosfera superior esfria visivelmente.
Com todo esse calor retido próximo à superfície, a rocha começa a derreter.
“Para alguns dos planetas que modelámos, esse calor extra é suficiente para derreter a superfície do planeta, criando um oceano de magma,” disse Matthew Nixon, membro da equipa, da Universidade Estatal do Arizona.
Esses potenciais planetas de magma incluem GJ 1214b, que orbita um anã vermelha estrela 48 anos-luz ausente. Houve uma época em que se pensava que era um mundo de água fria, mas a descoberta do JWST em 2025 de vapores metálicos e neblina de dióxido de carbono na atmosfera de GJ 1214b exclui isso, e agora parece que a sua superfície, indetectável sob a espessa atmosfera, pode estar completamente derretida.
No entanto, a presença de oceanos de magma abre possibilidades para uma química atmosférica mais complexa. O gás vaza do magma e se difunde na atmosfera, em teoria enriquecendo-o em oxigênio, hidreto de silício e monóxido de silício, enquanto no sentido contrário o magma absorve amônia, metano e vapor de água da atmosfera. Por outras palavras, a atmosfera torna-se enriquecida por material subterrâneo, ao mesmo tempo que se esgota em alguns gases que os astrónomos esperariam ver em maior abundância.
Isto significa que as tentativas do JWST de aprender sobre a composição global de um exoplaneta sub-Netuno a partir do espectro da sua atmosfera podem ser distorcidas por esta troca de gases entre um oceano de magma e a atmosfera. O aquecimento extra nas profundezas também terá impacto no futuro destes planetas sub-Netuno, uma vez que o calor extra manterá a sua atmosfera inferior inchada e evitará que o planeta se contraia ao longo de milhares de milhões de anos.
Se as descobertas estiverem corretas, poderão representar um enorme obstáculo para que os sub-Netunos sejam habitáveis. Mesmo que a fronteira entre a atmosfera e o corpo sólido do planeta não seja quente o suficiente para formar magma, ainda assim tornaria a superfície demasiado quente para suportar água líquida ou vida.
As descobertas foram publicadas em 8 de julho no Cartas de diários astrofísicos.
