Os sete planetas rochosos do TRAPPIST-1 parecem ter composições muito semelhantes

Esta ilustração mostra três interiores possíveis dos sete exoplanetas rochosos no sistema TRAPPIST-1, com base em medições precisas das densidades do planeta. CRÉDITO NASA / JPL-Caltech

Um novo estudo internacional liderado pelo astrofísico Eric Agol, da Universidade de Washington, mediu as densidades dos sete planetas do sistema exoplanetário TRAPPIST-1 com extrema precisão, os valores obtidos indicam composições muito semelhantes para todos os planetas.

Esse fato torna o sistema ainda mais notável e ajuda a entender melhor a natureza desses mundos fascinantes. Este estudo acaba de ser publicado no Planetary Science Journal.

O sistema TRAPPIST-1 abriga o maior número de planetas semelhantes em tamanho à nossa Terra já encontrados fora do nosso sistema solar. Descoberto em 2016 por uma equipe de pesquisa liderada por Michaël Gillon, astrofísico da Universidade de Liège, o sistema oferece uma visão sobre a imensa variedade de sistemas planetários que provavelmente povoam o Universo. Desde a sua detecção, os cientistas estudaram esses sete planetas usando múltiplos espaços (telescópios Kepler e Spitzer da NASA) e telescópios terrestres (TRAPPIST e SPECULOOS em particular). O telescópio Spitzer sozinho, gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, forneceu mais de 1.000 horas de observações direcionadas do sistema antes de ser desativado em janeiro de 2020.

Este gráfico apresenta as propriedades medidas dos sete exoplanetas TRAPPIST-1 (rotulados de b até h), mostrando como eles se comparam, bem como em relação à Terra e aos outros mundos rochosos internos em nosso próprio sistema solar. Os tamanhos relativos dos planetas são indicados por círculos. Todos os planetas TRAPPIST-1 conhecidos são maiores que Marte, com 5 deles dentro de 15% do diâmetro da Terra. As correspondentes “zonas habitáveis” dos dois sistemas planetários, regiões onde um planeta semelhante à Terra poderia potencialmente conter água líquida em sua superfície, são indicadas perto do topo do gráfico. O deslocamento entre as duas zonas se deve ao fato de a estrela TRAPPIST-1, mais fria, emitir mais luz na forma de radiação infravermelha, que é absorvida de forma mais eficiente por uma atmosfera semelhante à da Terra. Como é preciso menos iluminação para atingir as mesmas temperaturas, a zona habitável se afasta ainda mais da estrela. As massas e densidades dos planetas TRAPPIST-1 foram determinadas por medições cuidadosas de pequenas variações nos tempos de suas órbitas usando extensas observações feitas pelos telescópios espaciais Spitzer e Kepler da NASAs, em combinação com dados do Hubble e vários telescópios terrestres . A última análise, que inclui o registro completo do Spitzer de mais de 1.000 horas de observações do TRAPPIST-1, reduziu as incertezas das medições de massa para meros 2-3%. Essas são, de longe, as medições mais precisas das massas planetárias em qualquer lugar fora de nosso sistema solar. CRÉDITO NASA / JPL-Caltech

Horas de observações que permitiram refinar as informações que temos sobre o sistema exoplanetário. “Como não podemos ver os planetas diretamente, analisamos em detalhes as variações do brilho aparente de sua estrela à medida que a ‘transitam’, ou seja, à medida que passam na frente dela”, explica Michaël Gillon. “Estudos anteriores já haviam feito permitiu que os astrônomos fizessem medições precisas das massas e diâmetros dos planetas, o que levou à determinação de que eles eram semelhantes em tamanho e massa à nossa Terra e que suas composições deviam ser essencialmente rochosas.

“Nosso novo estudo melhorou muito a precisão das densidades dos planetas, as medições obtidas indicam composições muito semelhantes para esses sete mundos”, diz Elsa Ducrot, uma estudante de doutorado em ULiège. “Isso pode significar que eles contêm aproximadamente a mesma proporção de materiais que compõem a maioria dos planetas rochosos, como ferro, oxigênio, magnésio e silício, que compõem nosso planeta.” Depois de corrigir suas diferentes massas, os pesquisadores foram capazes de estimar que todos têm uma densidade em torno de 8% menor que a da Terra, fato que pode impactar em suas composições.

Uma receita diferente

Os autores do estudo apresentam três hipóteses para explicar essa diferença de densidade com o nosso planeta. O primeiro envolve uma composição semelhante à da Terra, mas com um percentual menor de ferro (cerca de 21% contra os 32% da Terra). Uma vez que a maior parte do ferro na composição da Terra é encontrada no núcleo da Terra, esse esgotamento de ferro dos planetas TRAPPIST-1 poderia, portanto, indicar núcleos com massas relativas mais baixas. A segunda hipótese implica composições enriquecidas com oxigênio em comparação com o nosso planeta.

Ao reagir com o ferro, o oxigênio formaria óxido de ferro, mais conhecido como ‘ferrugem’. A superfície de Marte obtém sua cor vermelha do óxido de ferro, mas, como suas três irmãs terrestres (Terra, Mercúrio e Vênus), tem um núcleo de ferro não oxidado. No entanto, se a densidade mais baixa dos planetas TRAPPIST-1 fosse inteiramente devido ao ferro oxidado, então os planetas seriam ‘enferrujados até o coração’ e podem não ter um núcleo real, ao contrário da Terra. De acordo com Eric Agol, astrofísico da Universidade de Washington e principal autor do novo estudo, a resposta pode ser uma combinação dos dois cenários – menos ferro em geral e algum ferro oxidado.

A terceira hipótese levantada pelos pesquisadores é que os planetas são enriquecidos com água em comparação com a Terra. Esta hipótese estaria de acordo com resultados teóricos independentes indicando uma formação dos planetas TRAPPIST-1 mais longe de sua estrela, em um ambiente frio e rico em gelo, seguido por migração interna. Se esta explicação estiver correta, então a água pode representar cerca de 5% da massa total dos quatro planetas externos. Em comparação, a água representa menos de um décimo de 1% da massa total da Terra.

Os três planetas internos em TRAPPIST-1, localizados muito perto de suas estrelas para que a água permaneça líquida na maioria das circunstâncias, precisariam de atmosferas densas e quentes como Vênus, onde a água poderia permanecer ligada ao planeta na forma de vapor. Mas, de acordo com Eric Agol, essa explicação parece menos provável porque seria uma coincidência que todos os sete planetas tivessem água apenas o suficiente para ter densidades semelhantes.

“O céu noturno está cheio de planetas e só nos últimos 30 anos pudemos começar a desvendar seus mistérios”, comemora Caroline Dorn, astrofísica da Universidade de Zurique e coautora do artigo. “O sistema TRAPPIST-1 é fascinante porque em torno desta estrela única podemos aprender sobre a diversidade dos planetas rochosos dentro de um único sistema. E também podemos aprender mais sobre um planeta estudando seus vizinhos, então este sistema é perfeito para isso.”

Publicado em 26/01/2021 09h53

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