Estudo de TRAPPIST-1 b revela novas informações sobre a sua atmosfera e estrela-mãe
Uma equipe de astrónomos deu um importante salto na nossa compreensão do intrigante sistema exoplanetário TRAPPIST-1. A sua investigação não só lançou luz sobre a natureza de TRAPPIST-1 b, o exoplaneta que orbita mais próximo da estrela do sistema, mas também mostrou a importância das estrelas-mãe no estudo de exoplanetas. As descobertas, publicadas hoje no Astrophysical Journal Letters , lançam luz sobre a complexa interação entre a atividade estelar e as características dos exoplanetas.
Esta
representação artística da estrela anã vermelha TRAPPIST-1 mostra a sua
natureza muito ativa. A estrela parece ter muitas manchas estelares (regiões
mais frias da sua superfície, semelhantes às manchas solares) e erupções. O
exoplaneta TRAPPIST-1 b, o planeta mais próximo da estrela central do sistema,
pode ser visto em primeiro plano, sem atmosfera aparente. O exoplaneta
TRAPPIST-1 g, um dos planetas na zona habitável do sistema, pode ser visto em
segundo plano, à direita da estrela. O sistema TRAPPIST-1 contém sete
exoplanetas do tamanho da Terra. Crédito: Benoît Gougeon, Universidade de
Montreal
Um sistema exoplanetário promissor
TRAPPIST-1,
uma estrela muito menor e mais fria que o nosso Sol, localizada a
aproximadamente 40 anos-luz de distância da Terra, chamou a atenção de
cientistas e entusiastas do espaço desde a descoberta de seus sete exoplanetas
do tamanho da Terra em 2016. Esses mundos, firmemente aglomerados em torno da
sua estrela, com três deles dentro da sua zona habitável, alimentaram
esperanças de encontrar ambientes potencialmente habitáveis para além do nosso Sistema Solar.
Uma
equipe de pesquisa, liderada por Olivia Lim do Instituto Trottier de Pesquisa
em Exoplanetas (iREx) da Universidade de Montreal (UdeM), empregou o poderoso
Telescópio Espacial James Webb (JWST) para observar o exoplaneta TRAPPIST-1 b.
Essas observações foram coletadas como parte do maior programa de Observadores
Gerais (GO) liderado pelo Canadá durante o primeiro ano de operações do JWST.
Este
programa também incluiu observações de três outros planetas do sistema,
TRAPPIST-1 c, g e h. TRAPPIST-1 b foi observado durante dois trânsitos — o
momento em que o planeta passa em frente da sua estrela — utilizando o
instrumento NIRISS de fabrico canadiano a bordo do JWST.
“Estas
são as primeiras observações espectroscópicas de qualquer planeta TRAPPIST-1
obtidas pelo JWST, e estamos esperando por elas há anos!” exclama Olivia Lim,
investigadora principal deste importante programa GO.
O
estudo usou a técnica de espectroscopia de transmissão para obter informações
importantes sobre as propriedades do mundo distante. Ao analisar a luz da
estrela central depois de ter passado pela atmosfera do exoplaneta durante um
trânsito, os astrónomos podem ver a impressão digital única deixada pelas
moléculas e átomos encontrados nessa atmosfera.
“Este
é apenas um pequeno subconjunto de muitas outras observações deste sistema
planetário único que ainda está por vir e será analisado”, acrescenta René
Doyon, investigador principal do instrumento NIRISS e coautor do estudo. “Estas
primeiras observações destacam o poder do NIRISS e do JWST em geral para sondar
as finas atmosferas em torno dos planetas rochosos.”
Conheça a sua estrela, conheça o seu planeta
A
principal conclusão do estudo foi o impacto significativo da atividade estelar
e da contaminação ao tentar determinar a natureza de um exoplaneta. A
contaminação estelar refere-se à influência das próprias características da
estrela, como manchas escuras e fáculas brilhantes, nas medições da atmosfera
do exoplaneta.
A
equipa encontrou evidências convincentes de que a contaminação estelar
desempenha um papel crucial na formação dos espectros de transmissão de
TRAPPIST-1 b e, provavelmente, dos outros planetas do sistema. A atividade da
estrela central pode criar “sinais fantasmas” que podem levar o observador a
pensar que detectou uma molécula específica na atmosfera do exoplaneta.
Este
resultado sublinha a importância de considerar a contaminação estelar ao
planear observações futuras de todos os sistemas exoplanetários. Isto é
especialmente verdadeiro para sistemas como o TRAPPIST-1, uma vez que o sistema
está centrado em torno de uma estrela anã vermelha que pode ser particularmente
ativa com manchas estelares e eventos de erupção frequentes.
“Além
da contaminação por manchas estelares e fáculas, vimos uma erupção estelar, um
evento imprevisível durante o qual a estrela parece mais brilhante durante
vários minutos a horas,” menciona Olivia Lim. “Esta explosão afetou a nossa
medição da quantidade de luz bloqueada pelo planeta. Tais assinaturas de
atividade estelar são difíceis de modelar, mas precisamos considerá-las para
garantir que interpretamos os dados corretamente.”
Nenhuma atmosfera significativa no TRAPPIST-1 b
Embora
todos os sete planetas TRAPPIST-1 tenham sido candidatos tentadores na busca de
uma Terra 2.0, um exoplaneta como a nossa Terra, a proximidade de TRAPPIST-1 b
à sua estrela significa que se encontra em condições mais adversas do que os
seus irmãos. Recebe quatro vezes mais radiação do que a Terra do Sol e tem uma
temperatura superficial entre 120 e 220 graus Celsius.
No
entanto, se TRAPPIST-1 b tivesse uma atmosfera, seria o mais fácil de detectar
e descrever de todos os alvos do sistema. Como TRAPPIST-1 b é o planeta mais
próximo da sua estrela e, portanto, o planeta mais quente do sistema, o seu
trânsito cria um sinal mais forte. Todos esses fatores tornam o TRAPPIST-1 um
alvo de observação crucial, mas desafiador.
Para
ter em conta o impacto da contaminação estelar, a equipa conduziu duas
recuperações atmosféricas independentes – técnicas para determinar o tipo de
atmosfera presente em TRAPPIST-1 b com base em observações. Na primeira
abordagem, a contaminação estelar foi removida dos dados antes de serem
analisados. Na segunda abordagem, a contaminação estelar e a atmosfera
planetária foram modeladas e ajustadas simultaneamente.
Em
ambos os casos, os resultados indicaram que os espectros de TRAPPIST-1 b
poderiam ser bem correspondidos apenas pela contaminação estelar modelada .
Isto não sugeriu nenhuma evidência de uma atmosfera significativa no planeta.
Tal resultado continua a ser muito valioso, pois indica aos astrónomos quais os
tipos de atmosferas que são incompatíveis com os dados observados.
Com
base nas observações coletadas do JWST, Lim e sua equipe exploraram uma série
de modelos atmosféricos para TRAPPIST-1 b, examinando várias composições e
cenários possíveis. Eles descobriram que atmosferas livres de nuvens e ricas em
hidrogênio foram descartadas com grande confiança. Isto significa que parece
não haver uma atmosfera clara e extensa em torno de TRAPPIST-1 b. No entanto,
os dados não puderam excluir com segurança atmosferas mais finas, como aquelas
compostas de água pura, dióxido de carbono ou metano, nem uma atmosfera
semelhante à de Titã, uma lua de Saturno e a única lua do Sistema Solar com
atmosfera própria. .
Esses resultados são geralmente consistentes
com observações JWST anteriores (fotométricas e não espectroscópicas) de
TRAPPIST-1 b (de Greene, et al. e Ih, et al.) com o instrumento MIRI. Além
disso, o estudo provou que o instrumento NIRISS do Canadá é uma ferramenta
sensível e de alto desempenho, capaz de sondar atmosferas em exoplanetas do
tamanho da Terra até níveis impressionantes.
Os novos conhecimentos obtidos com este estudo aprofundaram a compreensão dos cientistas sobre o sistema TRAPPIST-1 e enfatizaram a necessidade de mais observações e investigações abrangentes que considerem tanto a contaminação estelar como as atmosferas planetárias. À medida que os astrónomos continuam a explorar a vasta extensão do espaço, estas descobertas irão informar futuros programas de observação no JWST e outras missões e contribuir para a nossa compreensão mais ampla das atmosferas exoplanetárias e da sua potencial habitabilidade.
Fonte: Exoplanetes.umontreal.ca
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