Estudo produz novos modelos climáticos para os sete mundos de TRAPPIST-1

TRAPPIST-1 é uma estrela anã ultrafria na direção da constelação de Aquário e os seus sete planetas orbitam muito perto dela.Crédito: NASA/JPL-Caltech

Nem todas as estrelas são como o Sol, por isso nem todos os sistemas planetários podem ser estudados com as mesmas expetativas. Uma nova investigação por uma equipa liderada por astrónomos da Universidade de Washington forneceu modelos climáticos atualizados para os sete planetas em redor da estrela TRAPPIST-1.

O trabalho também poderá ajudar os astrónomos a estudar planetas mais eficazmente em redor de estrelas nada parecidas com o Sol, e a melhor utilizar os recursos limitados e dispendiosos do Telescópio Espacial James Webb, que deverá ser lançado em 2021.

"Estamos a modelar atmosferas desconhecidas, não apenas assumindo que as coisas que vemos no Sistema Solar vão ser iguais em torno de outra estrela," comenta Andrew Lincowski, estudante de doutoramento da Universidade de Washington e autor principal do artigo publicado no dia 1 de novembro na revista The Astrophysical Journal. "Nós realizámos esta investigação para mostrar o aspeto destes diferentes tipos de atmosferas."

Resumidamente, a equipa descobriu que, devido a uma fase estelar inicial extremamente brilhante e quente, todos os sete mundos da estrela podem ter evoluído como Vénus, com qualquer oceano primitivo a evaporar e a deixar para trás atmosferas densas e inabitáveis. No entanto, um planeta, TRAPPIST-1 e, poderá ser um mundo oceânico parecido com a Terra, que merece um estudo mais aprofundado, como já tinha sido indicado por investigações anteriores.

TRAPPIST-1, a 39 anos-luz de distância, é tão pequena quanto uma estrela pode ser e ainda ser uma estrela. Uma relativamente fria estrela "anã M" - o tipo mais comum no Universo - tem cerca de 9% da massa do Sol e aproximadamente 12% do seu raio. TRAPPIST-1 tem um raio apenas um pouco maior que o planeta Júpiter, embora tenha uma massa muito superior.

Todos os sete planetas de TRAPPIST-1 têm mais ou menos o tamanho da Terra e pensa-se que três deles - os planetas e, f e g - estejam na zona habitável, uma faixa do espaço em torno de uma estrela onde um planeta rochoso poderá ter água líquida à sua superfície, dando uma chance à vida. TRAPPIST-1 d percorre a orla interna da zona habitável, enquanto TRAPPIST-1 h, mais distante, orbita logo após a fronteira externa dessa zona.

"Esta é uma sequência inteira de planetas que nos podem fornecer informações sobre a evolução dos planetas, em particular em torno de uma estrela que é muito diferente da nossa, que emite radiação distinta," comenta Lincowski. "É apenas uma mina de ouro."

Trabalhos anteriores já haviam modelado os mundos de TRAPPIST-1, acrescenta Linkowski, mas ele a sua equipa de investigação "tentaram fazer a modelagem física mais rigorosa em termos de radiação e química - tentando fazer com que a física e a química fossem o mais correto possível."

O modelo químico e o modelo de radiação da equipa criam assinaturas espectrais, ou de comprimento de onda, para cada gás atmosférico possível, permitindo aos observadores melhor prever onde procurar tais gases em atmosferas exoplanetárias. Lincowski disse que quando forem detetados vestígios de gases pelo Telescópio Webb, ou outros, algum dia, "os astrónomos vão usar os impactos observados nos espectros para inferir quais os gases presentes - e compará-los com trabalhos como o nosso para dizer mais sobre a composição, ambiente e talvez sobre a história evolutiva do planeta."

Ele afirmou que as pessoas estão habituadas a pensar sobre a habitabilidade de um planeta em torno de estrelas parecidas com o Sol. "Mas as anãs M são muito diferentes, de modo que temos que pensar nos efeitos químicos na(s) atmosfera(s) e como essa química afeta o clima."

Através da combinação de modelos climáticos terrestres com modelos fotoquímicos, os cientistas simularam estados ambientais para cada um dos mundos de TRAPPIST-1.

A sua modelagem indica que:

TRAPPIST-1 b, o mais próximo da estrela, é um mundo ardente demasiado quente até para a formação de nuvens de ácido sulfúrico, como em Vénus;

Os planetas c e d recebem um pouco mais de energia da sua estrela do que Vénus e a Terra recebem do Sol e podem ser semelhantes a Vénus, com uma atmosfera densa e inabitável;

TRAPPIST-1 e é o mais provável dos sete para hospedar água líquida numa superfície temperada, e seria uma excelente escolha para estudos adicionais tendo a habitabilidade em mente;

Os planetas exteriores f, g e h podem ser parecidos com Vénus ou podem ser gelados, dependendo da quantidade de água formada no planeta durante a sua evolução;

Lincoski disse que, na verdade, qualquer um ou todos os planetas de TRAPPIST-1 podem ser parecidos com Vénus, com qualquer água ou oceanos "queimados" há muito tempo atrás. Ele explicou que quando a água evapora a partir da superfície de um planeta, a luz ultravioleta da estrela quebra as moléculas de água, libertando hidrogénio, que é o elemento mais leve e este pode escapar à gravidade de um planeta. Isto poderá deixar para trás muito oxigénio, que poderá permanecer na atmosfera e irreversivelmente remover água do planeta. Um tal planeta poderá ter uma espessa atmosfera de oxigénio - mas não gerada pela vida, diferente de qualquer uma já observada.

"Isto pode ser possível se estes planetas tivessem, inicialmente, mais água do que a Terra, Vénus ou Marte," realça. "Se o planeta TRAPPIST-1 e não perdeu toda a sua água durante esta fase, poderá hoje ser um mundo de água, completamente coberto por um oceano global. Neste caso, poderá ter um clima semelhante ao da Terra."

Lincowski disse que esta investigação foi feita mais com um olho na evolução climática do que para julgar a habitabilidade de um planeta. Ele planeia futuras pesquisas focadas mais diretamente na modelagem de planetas de água e nas suas hipóteses de vida.

"Antes de conhecermos este sistema planetário, as estimativas para a detetabilidade atmosférica para planetas do tamanho da Terra pareciam muito mais difíceis," afirma o coautor Jacob Lustig-Yaeger, estudante de doutoramento da Universidade de Washington.

A estrela, sendo tão pequena, tornará as assinaturas de gases (como dióxido de carbono) nas atmosferas dos planetas mais pronunciadas nos dados telescópicos.

"O nosso trabalho informa a comunidade científica do que podemos esperar ver dos planetas TRAPPIST-1 com o Telescópio Espacial James Webb."

A outra coautora de Lincowski é Victoria Meadows, professora de astronomia e diretora do Programa de Astrobiologia da Universidade de Washington. Meadows é também a investigadora principal do Laboratório Virtual Planetário do Instituto de Astrobiologia da NASA, com base na mesma instituição de ensino. Todos os autores são afiliados desse laboratório de investigação.

"Os processos que moldam a evolução de um planeta terrestre são críticos para a habitabilidade (ou não habitabilidade), bem como para a nossa capacidade de interpretar possíveis sinais de vida," comenta Meadows. "Este artigo sugere que em breve poderemos procurar sinais potencialmente detetáveis destes processos em mundos alienígenas."

TRAPPIST-1, na constelação de Aquário, tem o nome da instalação terrestre que, em 2015, encontrou evidências de planetas em seu redor (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope).

Fonte: Astronomia OnLine