A descoberta do sistema TRAPPIST-1 inicialmente gerou entusiasmo com relação a um sistema estelar com três planetas potencialmente habitáveis. No entanto, observações mais recentes dos dois planetas mais internos produziram resultados decepcionantes.
No entanto, um estudo recente realizado pelo astrobiólogo Andrew Lincowski, da Universidade de Washington, e sua equipe oferece um vislumbre de esperança.
Usando modelos de computador para simular atmosferas potenciais consistentes com observações de telescópio, eles descobriram que o TRAPPIST-1c, o segundo planeta do sistema, pode ter uma atmosfera fina, afinal. Embora o planeta ainda possa ser uma rocha estéril, Lincowski e seus colegas estimam uma chance de 50% de uma tênue presença atmosférica.
Se confirmado, isso aumentaria as perspectivas de vida nas profundezas do sistema TRAPPIST-1. O estudo fornece um raio de luz após descobertas anteriores desanimadoras com relação aos planetas internos.
Os pesquisadores apresentaram suas descobertas em um artigo pré-impresso antes da revisão formal por pares.
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O Telescópio Espacial James Webb (JWST) forneceu novas percepções sobre as atmosferas dos dois planetas mais internos do sistema TRAPPIST-1. As observações de eclipses secundários, quando cada planeta passa por trás de sua estrela hospedeira, indicam que nenhum dos planetas tem uma atmosfera substancial o suficiente para transportar calor do lado do dia perpétuo para o lado da noite.
Nos últimos meses, duas equipes independentes de astrônomos usaram o JWST para monitorar os eclipses secundários dos dois planetas. Durante um eclipse, o lado diurno do planeta, normalmente oculto, torna-se brevemente visível quando está voltado para a Terra.
Ao medir o local do pico de emissão térmica, os astrônomos podem determinar se o calor está distribuído uniformemente ou concentrado no lado voltado para a estrela. Para os dois planetas TRAPPIST-1 observados, os resultados sugerem uma circulação de calor deficiente e uma atmosfera muito fina para correntes de ar globais.
O poderoso olhar infravermelho do JWST está revelando novos detalhes sobre a natureza desses mundos próximos.
Recentemente, Lincowski e seus colegas realizaram simulações de computador para modelar o eclipse secundário do TRAPPIST-1c sob várias condições atmosféricas.
Ao criar dados de eclipses sintéticos para atmosferas de diferentes densidades e composições, eles puderam testar se o escurecimento observado pelo JWST poderia ser explicado por uma atmosfera tênue em vez de um mundo completamente sem ar.
Comparando seus eclipses simulados com as medições reais do JWST, os pesquisadores encontraram vários cenários de atmosfera de baixa pressão que correspondiam às observações. Embora os resultados decepcionantes do JWST sugiram que o TRAPPIST-1c não possui uma circulação de ar espessa, o estudo de Lincowski mostra que uma atmosfera mais fina ainda é possível.
Os modelos de computador demonstram que uma quantidade modesta de gases residuais não pode ser descartada como a causa do eclipse silencioso do planeta. No futuro, mais observações de eclipses restringirão ainda mais a natureza da atmosfera desse mundo exótico.
“Houve um salto rápido para a “ausência de atmosferas” por parte de muitos, mas a realidade é que ainda há muitos cenários atmosféricos que correspondem às nossas observações atuais”, disse ao portal Inverse o astrônomo Nikole Lewis, da Universidade de Cornell, que comentou o estudo, mas não estava envolvido.
Os modelos atmosféricos encontrados pela equipe de Lincowski para melhor corresponder aos dados do JWST tinham pressões em torno de um décimo do valor do nível do mar da Terra.
Suas simulações mostraram que várias composições de baixa pressão poderiam explicar o eclipse secundário moderado: uma atmosfera de oxigênio puro, uma mistura de oxigênio e vapor de água ou oxigênio com traços de dióxido de carbono a 100 partes por milhão.
Apesar das observações decepcionantes do eclipse sugerirem uma atmosfera rarefeita, esses modelos de computador demonstram que o TRAPPIST-1c poderia reter um tênue envelope de oxigênio ou ar rico em água.
Embora não seja densa o suficiente para facilitar o transporte global de calor, as simulações revelam que uma fina camada desses gases ainda não pode ser descartada.
As atmosferas dominadas por oxigênio modeladas a 0,1 bar de pressão produziram eclipses secundários muito semelhantes ao sinal silencioso realmente observado pelo JWST.
Embora menos provável, a equipe de Lincowski encontrou uma pequena possibilidade de o TRAPPIST-1c manter uma atmosfera mais substancial, próxima à densidade da Terra, se enriquecida com níveis mais altos de dióxido de carbono.
Entretanto, as simulações indicam que os cenários mais prováveis são tênues atmosferas de oxigênio, vapor de água ou traços de dióxido de carbono a apenas 0,1 bar de pressão.
Os resultados não podem descartar definitivamente a possibilidade de o TRAPPIST-1c ser um mundo totalmente sem ar, o que permanece tão plausível quanto os cenários de atmosfera tênue.
Serão necessárias mais observações para determinar de forma conclusiva se algum desses mundos de órbita estreita conseguiu reter algum gás residual. Por enquanto, os dados do eclipse do JWST restringem o TRAPPIST-1c a uma superfície de rocha nua ou a uma fina camada de oxigênio ou dióxido de carbono, pobre o suficiente para inibir a circulação global de calor.
“No nível atual de dados, uma rocha nua é tão provável quanto uma atmosfera fina”, diz Lincowski. “Estão sendo feitas observações adicionais que podem ajudar a restringir isso.”
Independentemente de o TRAPPIST-1c e seu vizinho interno possuírem atmosferas tênues, suas órbitas extremamente próximas tornam a água líquida e a habitabilidade impossíveis devido ao intenso aquecimento.
Esses mundos são mais parecidos com Mercúrio ou Vênus em chamas. Entretanto, se esses planetas severamente irradiados puderem reter até mesmo finas camadas de gás, isso aumenta o otimismo em relação aos planetas externos que residem na zona habitável.
Mais distantes da anã vermelha volátil e de suas frequentes explosões, os planetas temperados do TRAPPIST-1 têm maiores perspectivas de ter atmosferas substanciais e, potencialmente, as condições de ar e clima necessárias para sustentar a vida alienígena.
Os mundos internos servem como casos de teste – se tiverem traços de gases, os planetas mais promissores da zona habitável podem ter mantido atmosferas protetoras suficientes para oferecer um ambiente habitável.
“Esse é um ótimo indicador da possibilidade de retenção de voláteis e, portanto, de uma atmosfera, em outros planetas”, diz Lincowski.
Em última análise, a coleta de mais dados observacionais com telescópios potentes como o JWST continua sendo o melhor caminho para determinar de forma conclusiva se esses planetas têm atmosferas.
No próximo ano, a equipe de Lincowski planeja observações adicionais do TRAPPIST-1b e 1c para medir as variações de temperatura dia/noite, restringindo ainda mais a circulação atmosférica. Enquanto isso, uma equipe liderada por Lewis estudará o espectro de emissão do TRAPPIST-1e, um dos planetas externos potencialmente habitáveis.
Se o TRAPPIST-1e possuir uma atmosfera, o JWST deverá detectar impressões digitais espectrais de gases como oxigênio, dióxido de carbono, vapor de água ou metano.
Com o tempo, a sensibilidade incomparável do JWST permitirá a caracterização direta das atmosferas dos mundos TRAPPIST-1, indo além das restrições fornecidas pelos eclipses secundários.
Várias campanhas de observação direcionadas a diferentes planetas TRAPPIST-1 ajudarão a esclarecer se esses intrigantes mundos próximos mantiveram atmosferas significativas.
Thomas Greene, o astrofísico cuja equipe conduziu as observações do TRAPPIST-1b e que participará do próximo estudo 1b e 1c, expressou interesse em usar o JWST para observar um eclipse secundário do TRAPPIST-1e.
Em uma entrevista com a Inverse, Greene afirma que, além da análise espectral planejada pela equipe de Lewis, ele espera que o JWST seja direcionado para medir um eclipse secundário do potencialmente habitável TRAPPIST-1e.
Isso forneceria restrições valiosas sobre sua circulação atmosférica para complementar as percepções de composição da espectroscopia. Entre os novos dados de eclipse e a espectroscopia atmosférica, Greene enfatiza que o JWST oferece um enorme potencial para caracterizar definitivamente a natureza das atmosferas do planeta TRAPPIST-1.
“Isso seria feito com a mesma técnica usada recentemente para TRAPPIST-1b e -1c, mas levaria muito mais tempo de observação (100 a 400 horas ou mais), pois o planeta deve ser muito mais frio do que TRAPPIST-1b ou -1c”, finalizou Thomas Greene.
