Webb da NASA mede a temperatura de um exoplaneta rochoso

 

Esta ilustração mostra como o exoplaneta rochoso quente TRAPPIST-1 b poderia parecer com base neste trabalho. TRAPPIST-1 b, o mais interno dos sete planetas conhecidos no sistema TRAPPIST-1, orbita sua estrela a uma distância de 0,011 UA, completando um circuito em apenas 1,51 dias terrestres. TRAPPIST-1 b é um pouco maior que a Terra, mas tem aproximadamente a mesma densidade, o que indica que deve ter uma composição rochosa. A medição de Webb da luz infravermelha média emitida pelo TRAPPIST-1 b sugere que o planeta não tem nenhuma atmosfera substancial. A estrela, TRAPPIST-1, é uma anã vermelha ultrafria (anã M) com uma temperatura de apenas 2.566 kelvins e uma massa de apenas 0,09 vezes a massa do Sol. Esta ilustração é baseada em novos dados coletados pelo Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do Webb, bem como em observações anteriores de outros telescópios terrestres e espaciais. Webb não capturou nenhuma imagem do planeta.

Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Uma equipe internacional de pesquisadores usou o Telescópio Espacial James Webb da NASA para medir a temperatura do exoplaneta rochoso TRAPPIST-1 b. A medição é baseada na emissão térmica do planeta: energia térmica emitida na forma de luz infravermelha detectada pelo Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do Webb. O resultado indica que o lado diurno do planeta tem uma temperatura de cerca de 500 kelvins (cerca de 450 graus Fahrenheit) e sugere que não tem atmosfera significativa.

Esta é a primeira detecção de qualquer forma de luz emitida por um exoplaneta tão pequeno e tão frio quanto os planetas rochosos do nosso próprio sistema solar. O resultado marca um passo importante para determinar se os planetas que orbitam pequenas estrelas ativas como TRAPPIST-1 podem sustentar atmosferas necessárias para suportar a vida. Também é um bom presságio para a capacidade do Webb de caracterizar exoplanetas temperados do tamanho da Terra usando MIRI.

"Essas observações realmente aproveitam a capacidade de infravermelho médio do Webb", disse Thomas Greene, astrofísico do Centro de Pesquisa Ames da NASA e principal autor do estudo publicado na revista Nature. "Nenhum telescópio anterior teve a sensibilidade para medir essa luz infravermelha média fraca."

Este gráfico compara a temperatura diurna do TRAPPIST-1 b medida usando o Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do Webb com modelos computacionais de qual seria a temperatura sob várias condições. Os modelos levam em conta as propriedades conhecidas do sistema, incluindo a temperatura da estrela e a distância orbital do planeta. A temperatura do lado diurno de Mercúrio também é mostrada para referência. O brilho diurno de TRAPPIST-1 b a 15 mícrons corresponde a uma temperatura de cerca de 500 kelvins (aproximadamente 450 graus Fahrenheit). Isso é consistente com a temperatura assumindo que o planeta está bloqueado pelas marés (um lado voltado para a estrela em todos os momentos), com uma superfície de cor escura, sem atmosfera e sem redistribuição de calor do lado diurno para o lado noturno. Se a energia térmica da estrela fosse distribuída uniformemente ao redor do planeta (por exemplo, por uma atmosfera livre de dióxido de carbono circulante), a temperatura a 15 mícrons seria de 400 kelvins (260 graus Fahrenheit). Se a atmosfera tivesse uma quantidade substancial de dióxido de carbono, emitiria ainda menos luz de 15 mícrons e pareceria ser ainda mais fria. Embora o TRAPPIST-1 b seja quente para os padrões da Terra, é mais frio do que o lado diurno de Mercúrio, que consiste em rocha nua e sem atmosfera significativa. Mercúrio recebe cerca de 1,6 vezes mais energia do Sol do que TRAPPIST-1 b recebe de sua estrela.

Créditos: Ilustração: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI); Ciência: Thomas Greene (NASA Ames), Taylor Bell (BAERI), Elsa Ducrot (CEA), Pierre-Olivier Lagage (CEA)

Planetas rochosos orbitando anãs vermelhas ultrafrias

No início de 2017, os 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 sua semelhança em tamanho e massa com os planetas rochosos internos do nosso próprio sistema solar. Embora todos eles orbitem muito mais perto de sua estrela do que qualquer um dos nossos planetas orbitam o Sol – todos poderiam caber confortavelmente dentro da órbita de Mercúrio – eles recebem quantidades comparáveis de energia de sua pequena estrela.

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

"Há dez vezes mais estrelas na Via Láctea do que estrelas como o Sol, e elas são duas vezes mais propensas a ter planetas rochosos do que estrelas como o Sol", explicou Greene. "Mas eles também são muito ativos – eles são muito brilhantes quando são jovens, e eles emitem flares e raios-X que podem acabar com uma atmosfera."

A coautora Elsa Ducrot, da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA), na França, que fez parte da equipe que conduziu estudos anteriores do sistema TRAPPIST-1, acrescentou: "É mais fácil caracterizar planetas terrestres em torno de estrelas menores e mais frias. Se quisermos entender a habitabilidade em torno das estrelas M, o sistema TRAPPIST-1 é um grande laboratório. Estes são os melhores alvos que temos para olhar para as atmosferas de planetas rochosos."

Detectando uma atmosfera (ou não)

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

Uma maneira de reduzir a incerteza é medir a temperatura do planeta. "Este planeta está bloqueado pelas marés, com um lado voltado para a estrela em todos os momentos e o outro na escuridão permanente", disse Pierre-Olivier Lagage, da CEA, coautor do artigo. "Se ele tiver 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 de eclipse secundário, na qual o MIRI mediu a mudança no brilho do sistema à medida que o planeta se movia atrás da estrela. Embora o TRAPPIST-1 b não seja quente o suficiente para emitir sua própria luz visível, ele tem 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 foram capazes de calcular com sucesso quanta luz infravermelha está sendo emitida pelo planeta.