Quando o exoplaneta LHS 1140 b foi descoberto pela primeira vez, os astrónomos especularam que podia ser um mini-Neptuno: um planeta essencialmente gasoso, mas de tamanho muito pequeno em comparação com Neptuno. Mas depois de analisarem dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST) recolhidos em dezembro de 2023 - combinados com dados anteriores de outros telescópios espaciais como o Spitzer, o Hubble e o TESS - os cientistas chegaram a uma conclusão muito diferente.

Localizado a cerca de 48 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Baleia, LHS 1140 b parece ser um dos exoplanetas mais promissores na zona habitável da sua estrela, com potencial para albergar uma atmosfera e até um oceano de água líquida. Os resultados desta descoberta dos astrónomos da Universidade de Montréal estão disponíveis no site ArXiv e serão publicados em breve na revista The Astrophysical Journal Letters.

Um exoplaneta na zona habitável

LHS 1140 b, um exoplaneta que orbita uma estrela anã vermelha de baixa massa com cerca de um-quinto do tamanho do Sol, cativou os cientistas por ser um dos exoplanetas mais próximos do nosso Sistema Solar que se encontra dentro da zona habitável da sua estrela. Os exoplanetas que se encontram nesta zona têm temperaturas que permitem a existência de água em estado líquido - sendo a água líquida um elemento crucial para a vida tal como a conhecemos na Terra.

No início deste ano, investigadores liderados por Charles Cadieux, estudante de doutoramento no iREx (Trottier Institute for Research on Exoplanets) da mesma instituição de ensino, supervisionado pelo professor René Doyon, relataram novas estimativas da massa e do raio para LHS 1140 b com uma precisão excecional, comparável à dos conhecidos planetas TRAPPIST-1: 1,7 vezes o tamanho da Terra e 5,6 vezes a sua massa.

Uma das questões críticas acerca de LHS 1140 b era se se tratava de um exoplaneta do tipo mini-Neptuno (um pequeno gigante gasoso com uma espessa atmosfera rica em hidrogénio) ou de uma super-Terra (um planeta rochoso maior que a Terra). Este último cenário incluía a possibilidade de um chamado "mundo Hiceano", com um oceano líquido global envolvido por uma atmosfera rica em hidrogénio, que exibiria um sinal atmosférico distinto que podia ser observado usando o poderoso Telescópio Webb.

Novos conhecimentos graças aos dados do Webb

Através de um processo extremamente competitivo, a equipa de astrónomos obteve um valioso "tempo discricionário do diretor" com o Webb no passado mês de dezembro, durante o qual foram observados dois trânsitos de LHS 1140 b com o instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), construído no Canadá. Este programa é apenas o segundo dedicado ao estudo de exoplanetas nos quase dois anos de funcionamento do Webb, o que sublinha a importância e o potencial impacto destas descobertas.

A análise destas observações excluiu fortemente o cenário do mini-Neptuno, com evidências tentadoras que sugerem que o exoplaneta LHS 1140 b é uma super-Terra que pode até ter uma atmosfera rica em azoto. Se este resultado for confirmado, LHS 1140 b será o primeiro planeta temperado a mostrar evidências de uma atmosfera secundária, criada após a formação inicial do planeta.

As estimativas baseadas em todos os dados acumulados revelam que LHS 1140 b é menos denso do que o esperado para um planeta rochoso com uma composição semelhante à da Terra, sugerindo que 10 a 20 por cento da sua massa pode ser composta por água. Esta descoberta aponta para que LHS 1140 b seja um atraente mundo de água, provavelmente semelhante a uma bola de neve ou planeta de gelo com um potencial oceano líquido no ponto sub-estelar, a área da superfície do planeta que estaria sempre virada para a estrela hospedeira do sistema devido à rotação síncrona esperada do planeta (tal como a Lua da Terra).

"De todos os exoplanetas temperados atualmente conhecidos, LHS 1140 b poderá ser a nossa melhor aposta para um dia confirmar indiretamente a existência de água líquida à superfície de um mundo extraterrestre para lá do nosso Sistema Solar", disse Cadieux, autor principal do novo estudo. "Isto seria um marco importante na procura por exoplanetas potencialmente habitáveis".

Possível presença de uma atmosfera e de um oceano

Embora seja apenas um resultado provisório, a presença de uma atmosfera rica em azoto em LHS 1140 b sugere que o planeta reteve uma atmosfera substancial, criando condições que podem suportar água líquida. Esta descoberta favorece o cenário do mundo de água/bola de neve como o mais plausível.

Os modelos atuais indicam que, se LHS 1140 b tem uma atmosfera semelhante à da Terra, seria um planeta bola de neve com um vasto oceano em forma de "alvo" com cerca de 4000 quilómetros de diâmetro, equivalente a metade da área de superfície do Oceano Atlântico. A temperatura da superfície no centro deste oceano alienígena poderia até ser de uns confortáveis 20 graus Celsius.

A potencial atmosfera de LHS 1140 b e as condições favoráveis à existência de água líquida fazem dele um candidato excecional para futuros estudos de habitabilidade. Este planeta fornece uma oportunidade única para estudar um mundo que poderia suportar vida, dada a sua posição na zona habitável da sua estrela e a probabilidade de ter uma atmosfera capaz de reter calor e suportar um clima estável.

Vários anos de observação pela frente

A confirmação da presença e composição da atmosfera de LHS 1140 b e o discernimento entre os cenários de planeta bola de neve e de planeta oceânico em forma de alvo requerem mais observações. A equipa de investigação sublinhou a necessidade de medições adicionais de trânsitos e eclipses com o Telescópio Webb, concentrando-se num sinal específico que poderia revelar a presença de dióxido de carbono. Esta característica é crucial para compreender a composição atmosférica e detetar potenciais gases com efeito de estufa que possam indicar condições habitáveis no exoplaneta.

"A deteção de uma atmosfera semelhante à da Terra num planeta temperado é levar as capacidades do Webb ao limite - é possível; só precisamos de muito tempo de observação," disse Doyon, que é também o investigador principal do instrumento NIRISS. "O indício atual de uma atmosfera rica em azoto pede confirmação com mais dados. Precisamos de pelo menos mais um ano de observações para confirmar que LHS 1140 b tem uma atmosfera, e provavelmente mais dois ou três para detetar dióxido de carbono." De acordo com Doyon, o Telescópio Webb terá provavelmente de observar este sistema em todas as oportunidades possíveis durante vários anos para determinar se LHS 1140 b tem condições de habitabilidade à superfície.

Dada a visibilidade limitada de LHS 1140 b com o Webb - só é possível um máximo de oito visitas por ano - os astrónomos precisarão de vários anos de observações para detetar dióxido de carbono e confirmar a presença de água líquida na superfície do planeta.

// Universidade de Montréal (comunicado de imprensa)
// Universidade McMaster (comunicado de imprensa)
// Universidade de Michigan (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

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CCVAlg - Astronomia:
09/02/2024 - Que tipo de mundo é LHS 1140 b?
05/01/2024 - Alguns exoplanetas gelados podem ter oceanos habitáveis e géisers
21/04/2017 - Exoplaneta recentemente descoberto pode ser o melhor candidato para a procura de sinais de vida

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