Os astrónomos podem estar perto de confirmar pela primeira vez a presença de uma atmosfera semelhante à da Terra num exoplaneta, se análises mais detalhadas confirmarem as observações preliminares do Telescópio Espacial James Webb.
O planeta faz parte de um sistema planetário a cerca de 40 anos-luz da Terra chamado TRAPPIST-1, que cinco astrónomos belgas descobriram em 2016 e batizaram com o nome da sua cerveja favorita. O sistema tem sido intensamente estudado desde então.
"Como sistema planetário, é o mais estranho possível", disse Néstor Espinoza, astrónomo do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial em Baltimore. "A estrela é muito, muito pequena — do tamanho de Júpiter — e tem pelo menos sete planetas rochosos a orbitar à sua volta. Três deles estão naquilo a que chamamos zona habitável, o que significa que estão suficientemente próximos da estrela para que, se tivessem atmosfera, pudessem manter água líquida."
Espinoza e os seus colegas concentraram-se no TRAPPIST-1 e, o quarto planeta da estrela do sistema, num estudo publicado na semana passada no The Astrophysical Journal Letters. Quatro observações realizadas em 2023 com o telescópio Webb não conseguiram descartar a presença de uma atmosfera, o que gerou otimismo.
"Com base nas quatro primeiras observações, não podemos afirmar que (este planeta) não tem atmosfera, por isso o sonho continua vivo — ainda pode ter atmosfera", disse Espinoza, "e isso é muito emocionante, porque temos um programa de acompanhamento com mais 15 observações".
O telescópio Webb só conseguiu descartar a existência de atmosfera no TRAPPIST-1 b, o planeta mais interno, mas ainda não há conclusões sobre os outros seis, disse Espinoza, com o TRAPPIST-1e sendo considerado um dos melhores candidatos a ter água líquida na superfície.
“Há três anos, antes do lançamento do James Webb, esses tipos de estudos eram ficção científica”, disse Espinoza sobre a possibilidade de detetar atmosferas em planetas distantes. “Agora estou bastante confiante de que seremos capazes de ver que tipo de atmosfera o TRAPPIST-1 e poderia ter — e se ele tiver uma atmosfera semelhante à da Terra, seremos capazes de dizer.”
Em busca de sinais reveladores
TRAPPIST-1e é semelhante à Terra em tamanho e orbita a sua estrela a cada seis dias — uma velocidade muito mais rápida do que a Terra orbita o sol. Isso porque a estrela é muito menor do que o nosso sol e todos os planetas estão próximos a ela. “Se pudéssemos magicamente trazer a estrela TRAPPIST-1 para o nosso sistema solar”, disse Espinoza, “todos os planetas e suas órbitas caberiam dentro da órbita de Mercúrio”.
Ao procurar uma atmosfera, os astrónomos esperam que um planeta transite à frente da sua estrela e observam quaisquer pequenas alterações na luz estelar que é filtrada. Eles procuram sinais reveladores de uma atmosfera enquanto aprendem sobre a sua composição química.
Com os quatro trânsitos observados pelo telescópio Webb em 2023, os astrónomos conseguiram descartar a presença de uma atmosfera primária à base de hidrogénio em TRAPPIST-1 e, que provavelmente foi destruída por quantidades significativas de radiação emitida pela sua estrela. (A Terra também perdeu a sua atmosfera primária primordial no início, mas depois construiu uma secundária; os astrónomos esperam que TRAPPIST-1 e possa ter feito o mesmo.)
Este cenário é detalhado num segundo estudo, publicado a 8 de setembro no The Astrophysical Journal Letters. O estudo observa que é improvável que o planeta tenha uma atmosfera rica em dióxido de carbono como as de Vénus e Marte, e aponta para uma atmosfera rica em nitrogénio, mais semelhante à da Terra e da lua gelada de Saturno, Titã.
"TRAPPIST-1e continua a ser um dos nossos planetas mais atraentes na zona habitável, e estes novos resultados aproximam-nos um pouco mais de saber que tipo de mundo é", afirmou Sara Seager, professora de ciência planetária no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e coautora de ambos os estudos, num comunicado. "As evidências que apontam para atmosferas diferentes das de Vénus e Marte aumentam o nosso foco nos cenários ainda em jogo."
Espinoza disse que a sua equipa planeia concluir a nova ronda de 15 observações até ao final do ano, com dois terços já concluídos. Se a equipa encontrar sinais irrefutáveis de uma atmosfera, ainda mais observações do telescópio Webb poderão ser necessárias, na esperança de detetar assinaturas químicas específicas de gases como o metano, que está associado à vida na Terra.
A confirmação de uma atmosfera seria inovadora, disse Espinoza. “Isso resolveria um grande debate que está a acontecer agora sobre se esses sistemas de anãs vermelhas podem sustentar uma atmosfera ou não”, disse ele. “As anãs vermelhas são, na verdade, a maioria das estrelas no universo. Portanto, se isso pode acontecer lá, pode acontecer em qualquer lugar. As possibilidades de vida simplesmente se multiplicam.”
No entanto, mesmo que uma atmosfera fosse descartada, o resultado ainda seria empolgante, disse ele, porque tornaria a vida na Terra ainda mais especial. Também prepararia o terreno para pesquisas futuras que analisam exoplanetas orbitando estrelas anãs amarelas, como o Sol, usando telescópios ainda mais potentes que o Webb, que ainda estão em fase de planeamento.
Resultados empolgantes, mas incompletos
Esses primeiros resultados do James Webb para o TRAPPIST-1e são imensamente empolgantes, disse Michaël Gillon, diretor de investigação da Unidade de Pesquisa em Astrobiologia da Universidade de Liège, na Bélgica. Gillon, que liderou a descoberta original do sistema TRAPPIST-1, não participou no estudo recente.
"Os dados ainda não são conclusivos", acrescentou ele num e-mail, "mas provam que o JWST tem o poder de detetar uma atmosfera semelhante à da Terra, se ela existir. Pela primeira vez na história, estamos realmente perto de descobrir uma atmosfera em torno de um exoplaneta rochoso potencialmente habitável".
Os planetas em TRAPPIST-1 têm uma série de condições semelhantes às dos planetas terrestres do nosso sistema solar. Essas condições tornam-nos hospedeiros potenciais de água líquida na superfície, mas requerem uma atmosfera para impedir que a água congele na superfície ou se sublime para o espaço, disse Eric Agol, professor do departamento de astronomia da Universidade de Washington. Agol não participou no estudo, mas está a trabalhar no novo conjunto de observações com Espinoza e os seus colegas.
TRAPPIST-1e é o mais promissor dos sete planetas para abrigar uma atmosfera semelhante à da Terra, de acordo com Agol.
"Os resultados são interessantes, mas também incompletos”, acrescentou Agol num e-mail. “Não tenho certeza se TRAPPIST-1e pode ter uma atmosfera semelhante à da Terra ou não, e o estudo atual não afetou minha opinião.”
De acordo com Howard Chen, professor assistente de ciências espaciais no Instituto de Tecnologia da Flórida, o TRAPPIST-1e encontra-se num "ponto de inflexão" entre estados opostos, com base em simulações computacionais que ele detalhou num novo estudo publicado no dia 17 de setembro na revista The Astrophysical Journal Letters. Com base na sua história, o planeta pode emergir como extremamente seco ou rico em água: "Isso significa que os cenários de ‘rocha nua’ e ‘com atmosfera’ continuam fisicamente plausíveis", acrescentou Chen num e-mail. Chen não esteve envolvido na nova pesquisa.
O TRAPPIST-1e pode ter-se formado como um mundo desértico, como os seus vizinhos internos, ou como um planeta húmido e coberto por oceanos, concluiu. "Os dados atuais do JWST ainda não conseguem distinguir entre esses cenários, mas essa ambiguidade é exatamente o que as nossas simulações preveem", disse Chen. "O facto de o TRAPPIST-1e poder ser plausivelmente muito seco ou muito húmido significa que as próximas (observações) do JWST podem revelar algo dramático."
