Uma equipa de astrónomos deu um importante passo em frente 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, como também mostrou a importância das estrelas-mãe no estudo dos exoplanetas. As descobertas, publicadas na revista The Astrophysical Journal Letters, lançam luz sobre a complexa interação entre a atividade estelar e as características dos exoplanetas.

Um sistema exoplanetário promissor

TRAPPIST-1, uma estrela muito mais pequena e mais fria do que o nosso Sol, localizada a cerca de 40 anos-luz da Terra, tem captado a atenção de cientistas e entusiastas do espaço desde a descoberta dos seus sete exoplanetas do tamanho da Terra em 2016. Estes mundos, que orbitam intimamente em torno da sua estrela, com três deles dentro da sua zona habitável, têm alimentado a esperança de encontrar ambientes potencialmente habitáveis para além do nosso Sistema Solar.

Uma equipa de investigação, liderada por Olivia Lim, do Instituto Trottier para a Investigação sobre Exoplanetas (iREx) da Universidade de Montreal, utilizou o poderoso Telescópio Espacial James Webb (JWST) para observar o exoplaneta TRAPPIST-1 b. Estas observações foram recolhidas no âmbito do maior programa de Observadores Gerais do Canadá durante o primeiro ano de funcionamento do JWST. Este programa incluiu também 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 - usando o instrumento NIRISS do JWST, de fabrico canadiano.

"Estas são as primeiras observações espetroscópicas de qualquer planeta TRAPPIST-1 obtidas pelo JWST, e há anos que esperávamos por elas!" exclama Olivia Lim, investigadora principal deste importante programa.

O estudo utilizou a técnica de espetroscopia de transmissão para obter informações importantes sobre as propriedades do mundo distante. Ao analisar a luz da estrela central depois desta ter atravessado a atmosfera do exoplaneta durante um trânsito, os astrónomos podem ver a impressão digital única deixada pelas moléculas e átomos que se encontram nessa atmosfera.

"Este é apenas um pequeno subconjunto de muitas outras observações deste sistema planetário único que ainda estão por vir e por analisar", acrescenta René Doyon, investigador principal do instrumento NIRISS e coautor do estudo. "Estas primeiras observações realçam o poder do NIRISS e do JWST em geral para sondar as atmosferas finas em torno de planetas rochosos."

Conhece a estrela, conhece o planeta

A principal descoberta 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 características da própria estrela, tais 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 espetros de transmissão de TRAPPIST-1 b e, provavelmente, dos outros planetas do sistema. A atividade da estrela central pode criar "sinais fantasma" que podem levar o observador a pensar que detetou uma molécula específica na atmosfera do exoplaneta. Este resultado sublinha a importância de considerar a contaminação estelar no planeamento de futuras observações de todos os sistemas exoplanetários. Isto é especialmente verdade para sistemas como TRAPPIST-1, uma vez que alberga uma estrela anã vermelha que pode ser particularmente ativa, com manchas estelares e surtos frequentes.

"Para além da contaminação por manchas estelares e fáculas, assistimos a uma erupção estelar, um evento imprevisível durante o qual a estrela parece mais brilhante durante vários minutos ou horas", refere Olivia Lim. "Este surto afetou a nossa medição da quantidade de luz bloqueada pelo planeta. Estas assinaturas de atividade estelar são difíceis de modelar, mas temos de as ter em conta para garantir que interpretamos os dados corretamente."

Não há atmosfera significativa no exoplaneta TRAPPIST-1 b

Embora todos os sete planetas TRAPPIST-1 tenham sido candidatos tentadores na procura 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 recebe do Sol e tem uma temperatura à superfície entre 120 e 220 graus Celsius. No entanto, se TRAPPIST-1 b tivesse uma atmosfera, seria mais fácil de detetar e de descrever do que todos os outros 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 estes factores fazem de TRAPPIST-1 b um alvo de observação crucial, mas desafiante.

Para ter em conta o impacto da contaminação estelar, a equipa realizou 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 destes 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 espetros de TRAPPIST-1 b poderiam ser bem combinados apenas com a contaminação estelar modelada. Este facto não sugere qualquer evidência de uma atmosfera significativa no planeta. Este resultado é muito importante, pois indica aos astrónomos que tipos de atmosferas são incompatíveis com os dados observados.

Com base nas observações recolhidas pelo JWST, Lim e a sua equipa exploraram uma série de modelos atmosféricos para TRAPPIST-1 b, examinando várias composições e cenários possíveis. Descobriram que atmosferas sem nuvens e ricas em hidrogénio foram excluídas com elevada confiança. Isto significa que parece não existir uma atmosfera clara e alargada em torno de TRAPPIST-1 b. No entanto, os dados não permitiram excluir com confiança atmosferas mais finas, como aquelas compostas por 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. Estes resultados são geralmente consistentes com observações anteriores (fotométricas, não espetroscópicas) de TRAPPIST-1 b pelo JWST com o seu instrumento MIRI. Além disso, o estudo provou que o instrumento canadiano NIRISS é uma ferramenta sensível e de alto desempenho capaz de sondar atmosferas em exoplanetas do tamanho da Terra até níveis impressionantes.

Os novos conhecimentos adquiridos com este estudo aprofundaram a compreensão dos cientistas sobre o sistema TRAPPIST-1 e sublinharam 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 com o JWST e com outras missões, e contribuir para a nossa compreensão mais ampla das atmosferas exoplanetárias e da sua potencial habitabilidade.

// iREx (comunicado de imprensa)
// Universidade de Montreal (comunicado de imprensa)
// Universidade de Michigan (comunicado de imprensa)
// Universidade McGill (comunicado de imprensa)
// Universidade de Oxford (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

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CCVAlg - Astronomia:
31/03/2023 - Webb mede a temperatura de um exoplaneta rochoso

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