Uma equipe internacional de pesquisadores usou o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para medir a temperatura do exoplaneta rochoso TRAPPIST-1 b. A medição é baseada na emissão térmica do planeta: energia térmica emitida na forma de luz infravermelha detectada pelo Mid-Infrared Instrument (MIRI) do Webb. O resultado indica que o lado diurno do planeta tem uma temperatura de cerca de 500 kelvins (aproximadamente 230°C) e sugere que não possui atmosfera significativa. Esta é a primeira detecção de qualquer forma de luz emitida por um exoplaneta tão pequeno e frio quanto os planetas rochosos do nosso sistema solar. O resultado marca um passo importante para determinar se os planetas que orbitam pequenas estrelas ativas como TRAPPIST-1 podem sustentar as atmosferas necessárias para sustentar a vida. Também é um bom presságio para a capacidade de Webb de caracterizar exoplanetas temperados do tamanho da Terra usando o MIRI.
“Essas observações realmente tiram proveito da capacidade de infravermelho médio do Webb”, disse Thomas Greene, astrofísico do Ames Research Center da NASA e principal autor do estudo publicado hoje na revista Nature. “Nenhum telescópio anterior teve a sensibilidade para medir uma luz infravermelha tão fraca.”
Planetas rochosos orbitando anãs vermelhas ultrafrias
No início de 2017, os astrônomos relataram a descoberta de sete planetas rochosos orbitando uma estrela anã vermelha ultrafria (ou anã M) a 40 anos-luz da Terra. O que é notável sobre os planetas é sua semelhança em tamanho e massa com os planetas rochosos internos de nosso próprio sistema solar. Embora todos orbitem muito mais perto de sua estrela do que qualquer um de nossos planetas orbitam o Sol – todos poderiam caber confortavelmente na órbita de Mercúrio – eles recebem quantidades comparáveis de energia de sua pequena estrela.
TRAPPIST-1 b, o planeta mais interno, tem uma distância orbital de cerca de um centésimo da da Terra e recebe cerca de quatro vezes a quantidade de energia que a Terra recebe do Sol. Embora não esteja dentro da zona habitável do sistema, as observações do planeta podem fornecer informações importantes sobre seus planetas irmãos, bem como sobre outros sistemas anões M.
“Há dez vezes mais dessas estrelas na Via Láctea do que estrelas como o Sol, e é duas vezes mais provável que tenham planetas rochosos do que estrelas como o Sol”, explicou Greene. “Mas eles também são muito ativos – eles são muito brilhantes quando são jovens e emitem explosões e raios-X que podem destruir uma atmosfera”.
A coautora Elsa Ducrot, do CEA na França, que fez parte da equipe que conduziu os estudos iniciais do sistema TRAPPIST-1, acrescentou: “É mais fácil caracterizar planetas terrestres em torno de estrelas menores e mais frias. Se quisermos entender a habitabilidade em torno de estrelas M, o sistema TRAPPIST-1 é um ótimo laboratório. Estes são os melhores alvos que temos para observar as atmosferas de planetas rochosos”.
Detectar uma atmosfera (ou não)
Observações anteriores de TRAPPIST-1 b com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, bem como o Telescópio Espacial Spitzer da NASA, não encontraram evidências de uma atmosfera inchada, mas não foram capazes de descartar uma atmosfera densa.
Uma maneira de reduzir a incerteza é medir a temperatura do planeta. “Este planeta está travado por maré, com um lado voltado para a estrela o tempo todo e o outro em escuridão permanente”, disse Pierre-Olivier Lagage, do CEA, coautor do artigo. “Se tiver uma atmosfera para circular e redistribuir o calor, o lado diurno será mais frio do que se não houver atmosfera.”
A equipe usou uma técnica chamada fotometria do eclipse secundário, na qual o MIRI mediu a mudança no brilho do sistema à medida que o planeta se movia atrás da estrela. Embora TRAPPIST-1 b não seja quente o suficiente para emitir sua própria luz visível, ele possui um brilho infravermelho. Ao subtrair o brilho da estrela por conta própria (durante o eclipse secundário) do brilho da estrela e do planeta combinados, eles conseguiram calcular com sucesso quanta luz infravermelha está sendo emitida pelo planeta.
Medindo mudanças minúsculas no brilho
A detecção de Webb de um eclipse secundário é em si um marco importante. Com a estrela mais de 1.000 vezes mais brilhante que o planeta, a mudança no brilho é inferior a 0,1%.
“Também havia algum medo de perdermos o eclipse. Os planetas puxam uns aos outros, então as órbitas não são perfeitas”, disse Taylor Bell, pesquisador de pós-doutorado do Bay Area Environmental Research Institute, que analisou os dados. “Mas foi incrível: a hora do eclipse que vimos nos dados correspondeu à hora prevista em alguns minutos.”
A análise dos dados de cinco observações separadas de eclipses secundários indica que TRAPPIST-1 b tem uma temperatura diurna de cerca de 500 kelvins, ou aproximadamente 230°C. A equipe acha que a interpretação mais provável é que o planeta não tem atmosfera.
“Comparamos os resultados com modelos de computador que mostram qual deve ser a temperatura em diferentes cenários”, explicou Ducrot. “Os resultados são quase perfeitamente consistentes com um corpo negro feito de rocha nua 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”.
Esta pesquisa foi conduzida como parte do programa 1177 de Observação de Tempo Garantido (GTO), que é um dos oito programas GTO e Observador Geral (GO) aprovados, projetados para ajudar a caracterizar completamente o sistema TRAPPIST-1. Observações secundárias adicionais do eclipse de TRAPPIST-1 b estão atualmente em andamento e agora que eles sabem o quão bons os dados podem ser, a equipe espera eventualmente capturar uma curva de fase completa mostrando a mudança no brilho ao longo de toda a órbita. Isso permitirá que eles vejam como a temperatura muda do dia para a noite e confirmem se o planeta tem atmosfera ou não.
“Havia um alvo que eu sonhava em ter”, disse Lagage, que trabalhou no desenvolvimento do instrumento MIRI por mais de
Publicado em 27/03/2023 18h29
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