Astrofísicos da Universidade de Bristol estão ajudando a esclarecer um exoplaneta do tamanho da Terra a 40 anos-luz de distância, onde pode haver água líquida na forma de um oceano global ou uma vasta extensão de gelo em sua superfície.
Isso só seria possível se uma atmosfera estiver presente – um grande mistério que os cientistas estão tentando desvendar e que agora estão mais próximos de resolver com o maior telescópio do espaço.
Usando o JWST da NASA, os pesquisadores alcançaram essas descobertas como parte de um grande projeto internacional que está investigando a atmosfera e a superfície de TRAPPIST-1e, também conhecido simplesmente como planeta e, que orbita dentro da zona habitável da estrela anã vermelha TRAPPIST-1.
Exoplanetas são planetas altamente variados que orbitam estrelas fora do sistema solar. O planeta e é particularmente interessante porque a presença de água líquida – nem muito quente nem muito fria – é teoricamente viável, mas apenas se o planeta tiver uma atmosfera.
Os pesquisadores direcionaram o poderoso instrumento NIRSpec (Espectrógrafo de Infravermelho Próximo) do JWST para o sistema enquanto o planeta e passava em frente à sua estrela. A luz estelar que passa pela atmosfera do planeta, se houver uma, será parcialmente absorvida e os correspondentes picos na espectro de luz que chega ao JWST informam aos astrônomos quais químicos estão presentes lá. Com cada trânsito adicional, o conteúdo atmosférico se torna mais claro.
Resultados iniciais, publicados em dois artigos científicos na revista Astrophysical Journal Letters, indicam vários cenários potenciais, incluindo a possibilidade de uma atmosfera.
Dr. Hannah Wakeford, Professora Associada de Astrofísica na Universidade de Bristol, é um dos membros principais da equipe de Exoplanetas em Trânsito do JWST, que ajudou a projetar o arranjo observacional para o telescópio a fim de garantir que os cientistas obtivessem dados vitais.
Dr. Wakeford disse: “O que encontramos com o JWST nessas primeiras quatro observações ajuda a refinar as medições anteriores do Hubble e revela que agora pode haver indícios de uma atmosfera, mas ainda não podemos descartar a possibilidade de que não haja nada a detectar.”
“Os instrumentos infravermelhos do JWST estão fornecendo detalhes sem precedentes, ajudando-nos a entender muito mais sobre o que determina a atmosfera e o ambiente da superfície de um planeta e do que são compostos. É incrivelmente emocionante desvendar esses mundos fascinantes, medindo os detalhes da luz estelar ao redor de planetas do tamanho da Terra para averiguar como pode ser, e se a vida poderia ser possível. Através de um cuidadoso processo de eliminação e comparação, estamos descobrindo novas e incríveis informações.”
Embora diversas possibilidades ainda permaneçam para o planeta e, os pesquisadores estão confiantes de que o planeta não possui sua atmosfera original.
Coautor de ambos os estudos, Dr. David Grant, um ex-Associado de Pesquisa Sênior na Universidade de Bristol, explicou: “As descobertas também descartam mais a presença de uma atmosfera primordial baseada em hidrogênio. Esta é a camada gasosa, composta principalmente de hidrogênio, que cercava um planeta em seus estágios iniciais de formação. Atmosferas desse tipo são consideradas comuns tanto para planetas gigantes quanto para planetas terrestres no início do sistema solar.”
Dr. Wakeford acrescentou: “Como TRAPPIST-1 é uma estrela muito ativa, com flares frequentes, não é surpreendente que qualquer atmosfera de hidrogênio-helium que o planeta possa ter formado teria sido despojada pela radiação estelar. Muitos planetas, incluindo a Terra, constroem uma atmosfera secundária mais pesada após perderem sua atmosfera primária. É possível que o planeta e nunca tenha conseguido fazer isso e não tenha uma atmosfera secundária, mas há uma chance igual de que uma exista.”
A presença de uma atmosfera secundária significa que água líquida também poderia existir na superfície e, se esse for o caso, os pesquisadores entendem que ela seria acompanhada por um efeito estufa, semelhante ao da Terra, no qual diversos gases, especialmente o dióxido de carbono, mantêm a atmosfera estável e o planeta aquecido.
O segundo artigo detalha o trabalho sobre a interpretação teórica e a autora principal, Dr. Ana Glidden, uma pesquisadora pós-doutoral no Massachusetts Institute of Technology, explicou: “É improvável que a atmosfera do planeta e seja dominada pelo dióxido de carbono, como a espessa atmosfera de Vênus e a fina atmosfera de Marte. Mas também é importante notar que não há paralelos diretos com nosso sistema solar. TRAPPIST-1 é uma estrela muito diferente do nosso Sol, e o sistema planetário ao seu redor também é distinto.”
Dr. Wakeford acrescentou: “Um pequeno efeito estufa pode ir muito longe e as novas medições não descartam um dióxido de carbono suficiente para sustentar alguma água líquida na superfície. A água líquida poderia assumir a forma de um oceano global ou cobrir uma área menor do planeta onde a estrela está em um eterno meio-dia, cercada por gelo. Isso seria possível porque, devido aos tamanhos dos planetas de TRAPPIST-1 e suas órbitas próximas à estrela, todos estão bloqueados por marés, com um lado sempre voltado para a estrela e o outro em escuridão eterna.”
Os próximos passos na pesquisa envolverão mais observações detalhadas, comparando dados de outro exoplaneta – o planeta b – que orbita mais próximo de TRAPPIST-1 para fazer mais revelações.
Um dos investigadores principais da equipe focada no TRAPPIST-1e, Dr. Néstor Espinoza, Astrônomo Associado e Cientista da Missão para Ciência Exoplanetária no Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI) em Baltimore, Maryland, disse: “Os instrumentos infravermelhos do Webb estão nos dando mais detalhes do que nunca tivemos acesso antes, e as quatro observações iniciais que conseguimos fazer do planeta e estão mostrando o que teremos que trabalhar quando o restante das informações chegarem.”
O JWST é o principal observatório de ciência espacial do mundo, capaz de observar mundos e estrelas distantes e investigar as estruturas misteriosas do nosso universo. É um programa internacional liderado pela NASA, pela Agência Espacial Europeia e pela Agência Espacial Canadense.
O projeto faz parte do programa JWST-TST DREAMS, liderado pela Dr. Nikole Lewis, Professora Associada de Astronomia da Universidade Cornell na cidade de Ithaca, Nova York, Estados Unidos. Este projeto internacional envolve mais de 30 cientistas do Reino Unido, EUA e Índia, cinco dos quais são membros ou ex-membros da equipe da Dr. Wakeford. Inclui a detecção revolucionária de nuvens de quartzo na atmosfera de um exoplaneta quente, conforme mostrado em um estudo recente, liderado pelo Dr. Grant e coautorado pela Dr. Wakeford.
