Usando o Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do Telescópio Espacial James Webb (JWST), uma equipe internacional liderada pelo ex-aluno de doutorado do MPIA Sebastian Zieba (agora em Harvard & Smithsonian) e pela diretora do MPIA Laura Kreidberg examinou a composição superficial do exoplaneta rochoso LHS 3844 b. Indo além dos estudos atmosféricos habituais, este trabalho investiga a geologia de planetas orbitando outras estrelas — porque o nosso sistema solar não deveria ter toda a diversão. As descobertas aparecem na Nature Astronomy.
LHS 3844 b é um mundo rochoso cerca de 30% maior que a Terra que orbita uma estrela anã vermelha fria em menos de 11 horas. Ele orbita extremamente perto de sua estrela — apenas cerca de três diâmetros estelares acima da superfície — e está em rotação sincronizada, o que significa que um lado fica permanentemente voltado para a estrela enquanto o outro definha na escuridão eterna. O lado diurno tem uma média de cerca de 1000 Kelvin (aproximadamente 725°C ou 1340°F). O sistema está a relativamente próximos 48,5 anos-luz (14,9 parsecs) de distância.
"Graças à incrível sensibilidade do JWST, podemos detectar luz vinda diretamente da superfície deste distante planeta rochoso", disse Kreidberg. "Vemos uma rocha escura, quente e estéril, desprovida de qualquer atmosfera." Então, não exatamente um destino de férias.
Sua aparência escura sugere que pode se assemelhar a uma Lua ou Mercúrio gigantes. Esta conclusão vem da análise da radiação infravermelha emitida pelo lado diurno quente do planeta. Os cientistas não podem imagear o planeta diretamente; em vez disso, medem mudanças sutis de brilho da luz combinada da estrela e do planeta enquanto ele orbita.
O MIRI examinou a emissão infravermelha entre 5 e 12 micrômetros, dividindo a luz em intervalos de comprimento de onda menores para criar um espectro — essencialmente um arco-íris que revela como a luz é distribuída. Dados anteriores do Telescópio Espacial Spitzer fortaleceram a análise.
A equipe comparou suas observações com modelos de computador e bibliotecas de rochas conhecidas da Terra, da Lua e de Marte. Essas comparações mostraram que LHS 3844 b carece de uma crosta como a da Terra — que é tipicamente rica em minerais de silicato como granito. Isso não é surpreendente, já que a Terra é única no sistema solar por ter tal crosta. Na Terra, crostas ricas em silicato se formam através de atividade tectônica de longo prazo e água, envolvendo repetida fusão e reciclagem de rocha.
"Como LHS 3844 b carece de tal crosta de silicato, pode-se concluir que a tectônica de placas semelhante à da Terra não se aplica a este planeta, ou é ineficaz", disse Zieba. "Este planeta provavelmente contém apenas pouca água."
Em vez de granito, os dados apontam para uma superfície feita de basalto ou rocha semelhante ao manto, similar ao material vulcânico encontrado na Terra ou na Lua. Os pesquisadores descobriram que grandes áreas de basalto sólido ou rocha magmática melhor correspondem aos dados. Essas rochas são ricas em magnésio e ferro e podem conter olivina. Fragmentos de rocha quebrada como cascalho também se encaixam razoavelmente bem, enquanto pós finos ou poeira sozinhos não correspondem — eles seriam muito brilhantes.
Sem uma atmosfera para protegê-lo, o planeta está constantemente exposto a radiação intensa e impactos de meteoritos. Esses processos quebram a rocha e alteram sua superfície.
"Acontece que esses processos não apenas dissolvem lentamente rochas duras em regolito, uma camada de grãos finos ou pó como encontrado na Lua", explicou Zieba. "Eles também escurecem a camada adicionando ferro e carbono, tornando as propriedades do regolito mais consistentes com as observações."
Os dados suportam dois cenários possíveis. Primeiro: uma paisagem dominada por rocha basáltica sólida relativamente fresca, sugerindo atividade geológica recente como vulcanismo generalizado. Segundo: uma superfície escura moldada por intemperismo espacial de longo prazo, criando camadas extensas de regolito escurecido semelhante à Lua ou Mercúrio — implicando que o planeta está geologicamente inativo há muito tempo.
Essas possibilidades diferem principalmente se o planeta ainda está ativo. Na Terra, processos vulcânicos liberam gases como dióxido de enxofre (SO2). Se LHS 3844 b estivesse atualmente ativo, o MIRI provavelmente teria detectado este gás. Nenhum sinal foi encontrado.