Telescópio James Webb mede a temperatura de exoplaneta rochoso

Uma equipe internacional de pesquisadores utilizou o Telescópio Espacial James Webb, da NASA, para medir a temperatura do exoplaneta rochoso TRAPPIST-1 b. A medição foi baseada na emissão térmica do planeta, ou seja, a energia térmica emitida na forma de luz infravermelha detectada pelo Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do telescópio.

Os resultados apontam que o lado diurno do planeta possui uma temperatura de aproximadamente 500 kelvins (cerca de 227 graus Celsius) e sugerem a ausência de uma atmosfera significativa. Esta é a primeira detecção de qualquer forma de luz emitida por um exoplaneta tão pequeno e frio quanto os planetas rochosos do nosso próprio sistema solar.

A descoberta representa um passo importante para determinar se os planetas que orbitam estrelas pequenas e ativas, como TRAPPIST-1, podem sustentar atmosferas capazes de suportar vida. Além disso, mostra o potencial do MIRI em caracterizar exoplanetas do tamanho da Terra e com temperaturas moderadas.

“Essas observações realmente aproveitam a capacidade de infravermelho médio do Webb”, disse Thomas Greene, astrofísico do Ames Research Center da NASA e autor principal do estudo, publicado na revista Nature. “Nenhum telescópio anterior tinha a sensibilidade para medir uma luz infravermelha média tão tênue.”

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O sistema TRAPPIST-1

Em 2017, astrônomos relataram a descoberta de sete planetas rochosos orbitando uma estrela anã vermelha ultrafria (ou anã M) a 40 anos-luz da Terra. O que é notável sobre os planetas é a semelhança deles em tamanho e massa com os planetas rochosos do nosso próprio sistema solar. Embora todos orbitam muito mais perto de sua estrela do que qualquer um dos nossos planetas orbita o Sol, eles recebem quantidades comparáveis de energia de sua pequena estrela.

O TRAPPIST-1 b, o planeta mais interior, possui uma distância orbital aproximadamente um centésimo da distância da Terra e recebe cerca de quatro vezes a quantidade de energia que a Terra obtém do Sol. Embora não esteja na zona habitável do sistema, as observações desse planeta podem fornecer informações importantes sobre seus planetas irmãos, bem como sobre outros sistemas com anãs M.

“Há dez vezes mais estrelas como essas na Via Láctea do que estrelas como o Sol, e elas têm o dobro de probabilidade de possuírem planetas rochosos do que estrelas como o Sol”, explicou Greene. “No entanto, elas também são muito ativas – são muito brilhantes quando jovens e emitem flares e raios-X que podem eliminar uma atmosfera.”

A co-autora Elsa Ducrot, da Comissão de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA) na França, que fez parte da equipe que realizou estudos anteriores do sistema TRAPPIST-1, acrescentou: “É mais fácil caracterizar planetas terrestres ao redor de estrelas menores e mais frias. Se quisermos entender a habitabilidade ao redor das estrelas M, o sistema TRAPPIST-1 é um ótimo laboratório. Estes são os melhores alvos que temos para estudar as atmosferas de planetas rochosos.”

Detectando uma atmosfera (ou não)

Observações anteriores de TRAPPIST-1 b com os telescópios espaciais Hubble e Spitzer não encontraram evidências de uma atmosfera difusa, mas não puderam descartar uma densa.

Uma maneira de reduzir a incerteza é medir a temperatura do planeta. “Este planeta tem travamento por maré, com um lado voltado para a estrela o tempo todo e o outro em escuridão permanente”, disse Pierre-Olivier Lagage, do CEA, co-autor do artigo. “Se houver uma atmosfera para circular e redistribuir o calor, o lado diurno será mais frio do que se não houver atmosfera.”

A equipe usou uma técnica chamada fotometria do eclipse secundário , na qual o MIRI mediu a mudança no brilho do sistema à medida que o planeta se movia atrás da estrela. Embora TRAPPIST-1 b não seja quente o suficiente para emitir sua própria luz visível, ele possui um brilho infravermelho. Ao subtrair o brilho da estrela por conta própria (durante o eclipse secundário) do brilho da estrela e do planeta combinados, eles conseguiram calcular com sucesso quanta luz infravermelha está sendo emitida pelo planeta.