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JWST nos dá nossa melhor visão do exoplaneta TRAPPIST-1b do tamanho da Terra

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Um exoplaneta do tamanho da Terra, sendo talvez do sistema alienígena mais promissor para sinais de vida, provavelmente não é habitável para a vida como a conhecemos.

Novas observações do Telescópio Espacial James Webb revelam que o mundo mais interno do sistema TRAPPIST-1, um exoplaneta chamado TRAPPIST-1b com 1,4 vezes a massa e 1,1 vezes o raio da Terra, atinge 230 graus Celsius, e é improvável que tenha uma atmosfera envolvendo seu corpo rochoso.

Isso não é uma surpresa; TRAPPIST-1b está tão perto de sua estrela hospedeira que gira em torno de apenas 1,5 dias, recebendo 4 vezes a irradiação estelar que a Terra recebe; mas esta é a primeira vez que conseguimos fazer essas medições para um mundo tão pequeno e frio – o mais próximo, de fato, do nosso próprio planeta.

E, claro, as informações ajudarão os cientistas a aprender mais sobre os outros seis exoplanetas que orbitam a estrela anã vermelha TRAPPIST-1, um sistema cuja potencial habitabilidade é desconhecida.

“É mais fácil caracterizar planetas terrestres em torno de estrelas menores e mais frias”, explicou a astrônoma Elsa Ducrot da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA) na França.

“Se quisermos entender a habitabilidade em torno de estrelas M, o sistema TRAPPIST-1 é um ótimo laboratório. Esses são os melhores alvos que temos para observar as atmosferas de planetas rochosos.”

Comparação da temperatura medida de TRAPPIST-1b com objetos do Sistema Solar e vários modelos. Tradução da imagem: exoplaneta rochoso (rocky exoplanet), comparação de temperatura diurna (dayside temperature comparison), Terra em análise (Earth measured), Modelo do TRAPPIST-1b – atmosfera distribuindo calor uniformemente ao redor do planeta (TRAPPIST-1b model – atmosphere distributing heat evenly around planet), Modelo do TRAPPIST-1b – superfície escura, sem atmosfera, sem redistribuição de calor (TRAPPIST-1b model – dark surface, no atmosphere, no redistribution of heat), TRAPPIST-1b Measured (TRAPPIST-1b Measured) e Mercúrio em análise (Mercury measured). (Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted/STScI, TP Greene/NASA Ames, T. Bell/BAERI, E. Ducrot & P. ​​Lagage/CEA)

A descoberta do sistema TRAPPIST-1 foi relatada em 2017, com sete exoplanetas rochosos orbitando uma estrela anã vermelha M a 40 anos-luz de distância. Três desses exoplanetas estão dentro da chamada zona habitável da estrela – a uma distância da estrela que não é tão próxima que toda a água líquida ferveria, nem tão longe que congelaria.

É um alvo verdadeiramente tentador na busca por vida fora do Sistema Solar, mas TRAPPIST-1 tem algumas diferenças importantes em relação ao Sistema Solar que levantam questões sobre se a vida poderia ou não surgir lá.

Os mundos ao seu redor estão muito mais próximos da estrela do que nosso sistema doméstico, com o mais distante em uma órbita de apenas 18,8 dias. Como as estrelas anãs vermelhas são muito menores, mais fracas e mais frias que o Sol, isso significa que a zona habitável fica muito mais perto da estrela

“Existem dez vezes mais estrelas de outros tipos na Via Láctea do que estrelas como o Sol, e é duas vezes mais provável que tenham planetas rochosos do que em estrelas como o Sol”, disse o astrofísico Thomas Greene, do Centro de Pesquisa Ames da NASA.

“Mas elas também são muito ativas – elas são muito brilhantes quando são jovens e emitem erupções e raios-X que podem destruir uma atmosfera”.

TRAPPIST-1b é o primeiro passo para entender como essa atividade pode ter afetado o sistema. Estudos anteriores usando instrumentos como o Hubble e o Spitzer descartaram uma atmosfera tênue e inchada ao redor do exoplaneta, mas a possibilidade de TRAPPIST-1b ainda abrigar uma atmosfera espessa e densa permaneceu.

É aqui que os recursos de infravermelho do JWST vêm à tona. Os pesquisadores aproveitaram o poder único do telescópio espacial para tentar medir a temperatura de TRAPPIST-1b – a luz infravermelha emitida pela radiação térmica que emana do exoplaneta.

Um diagrama das mudanças na luz de uma estrela enquanto um exoplaneta orbita. Tradução da imagem: fluxo (flux), ocultação (occultation), estrela + lado diurno do planeta (star + planet dayside), apenas a estrela (star alone), tempo (time), estrela – sombra do planeta (star – planet shadow), trânsito (transit) e estrela + lado noturno (star + planet nightside). (Créditos: J. Winn, arXiv, 2014)

A chave estava na curva de luz produzida quando o exoplaneta orbita a estrela. Quando um exoplaneta em órbita passa entre nós e a estrela, o exoplaneta bloqueia parte da luz da estrela, fazendo com que ela diminua um pouco.

Mas quando o exoplaneta passa atrás da estrela – um evento conhecido como eclipse secundário – o escurecimento também pode ser observado.

Isso ocorre porque, quando o exoplaneta está em um dos lados da estrela, ele reflete parte da luz da estrela, além de emitir qualquer radiação própria, aumentando a luz geral observável do sistema. Isso significa que qualquer luz observada durante o eclipse secundário é emitida apenas pela estrela.

Ao extrair a luz adicional que pode ser detectada quando o exoplaneta está fora de um dos lados, bem como a luz estelar refletida estimada, os cientistas podem determinar quanta radiação infravermelha é emitida pelo próprio exoplaneta, medindo assim sua temperatura. E isso, por sua vez, pode revelar a presença ou ausência de uma atmosfera.

“Este planeta está acoplado por maré, com um lado voltado para a estrela o tempo todo e o outro em escuridão permanente”, disse o astrônomo do CEA Pierre-Olivier Lagage, do CEA. “Se houver uma atmosfera para circular e redistribuir o calor, o lado diurno será mais frio do que se não houvesse atmosfera.”

Os pesquisadores conseguiram capturar cinco eclipses secundários em TRAPPIST-1b e extrair desses eventos uma temperatura diurna de cerca de 230 graus Celsius. Essa temperatura, embora mais fria que o lado diurno de Mercúrio no Sistema Solar, não se encaixa na presença de uma atmosfera.

“Comparamos os resultados com modelos de computador que mostram qual deve ser a temperatura em diferentes cenários”, disse Ducrot.

“Os resultados são quase perfeitamente consistentes com um corpo escuro feito de pura rocha e sem atmosfera para circular o calor. Também não vimos nenhum sinal de luz sendo absorvida pelo dióxido de carbono, o que seria aparente nessas medições.”

O trabalho futuro, disseram os pesquisadores, poderia caracterizar ainda mais a distribuição global de calor de TRAPPIST-1b, a fim de entender melhor os planetas rochosos orbitando estrelas anãs vermelhas e como esses sistemas diferem do nosso.

A pesquisa foi publicada na Nature.

Julio Batista

Julio Batista

Sou Julio Batista, de Praia Grande, São Paulo, nascido em Santos. Professor de História no Ensino Fundamental II. Auxiliar na tradução de artigos científicos para o português brasileiro e colaboro com a divulgação do site e da página no Facebook. Sou formado em História pela Universidade Católica de Santos e em roteiro especializado em Cinema, TV e WebTV e videoclipes pela TecnoPonta. Autodidata e livre pensador, amante das ciências, da filosofia e das artes.