Esta é a primeira detecção de qualquer forma de luz emitida por um exoplaneta tão pequeno e frio quanto os planetas rochosos do nosso sistema solar. O resultado marca um passo importante para determinar se os planetas que orbitam pequenas estrelas ativas como TRAPPIST-1 podem sustentar as atmosferas necessárias para abrigar a vida. Também é um bom presságio para a capacidade de Webb de caracterizar exoplanetas temperados do tamanho da Terra usando o MIRI.
“Essas observações realmente tiram proveito da capacidade de infravermelho médio do Webb”, disse Thomas Greene, astrofísico do Ames Research Center da NASA e principal autor do estudo publicado hoje na revista Nature . “Nenhum telescópio anterior teve a sensibilidade para medir uma luz infravermelha tão fraca.”
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| Este gráfico compara a temperatura diurna de TRAPPIST-1b conforme medida usando o Instrumento de infravermelho médio (MIRI) do Webb com modelos de computador de qual seria a temperatura sob várias condições. Os modelos levam em consideração 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 em 15 mícrons corresponde a uma temperatura de cerca de 500 kelvins (aproximadamente 227 graus Celsius). Isso é consistente com a temperatura, assumindo que o planeta está bloqueado por maré (um lado voltado para a estrela o tempo todo), 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 (127 graus Celsius). Se a atmosfera tivesse uma quantidade substancial de dióxido de carbono, ela emitiria ainda menos luz de 15 mícrons e pareceria ainda mais fria. Embora TRAPPIST-1 b seja quente para os padrões da Terra, é mais frio que o lado diurno de Mercúrio, que consiste em rocha nua e nenhuma atmosfera significativa. Mercúrio recebe cerca de 1,6 vezes mais energia do Sol do que TRAPPIST-1 b de sua estrela, sendo mais frio que o lado diurno de Mercúrio, que consiste em rocha nua e nenhuma atmosfera significativa.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 sua semelhança em tamanho e massa com os planetas rochosos internos de nosso próprio sistema solar. Embora todos orbitem muito mais perto de sua estrela do que qualquer um de nossos planetas orbitam o Sol – todos poderiam caber confortavelmente na 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 sobre outros sistemas anões-M.
“Há dez vezes mais dessas estrelas na Via Láctea do que estrelas como o Sol, e é duas vezes mais provável que tenham planetas rochosos do que estrelas como o Sol”, explicou Greene. “Mas elas também são muito ativas – elas são muito brilhantes quando são jovens e emitem explosões e raios-X que podem destruir a atmosfera dos planetas”.
A co-autora Elsa Ducrot da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA) na França, que estava na 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 de estrelas M, o sistema TRAPPIST-1 é um ótimo laboratório. Estes são os melhores alvos que temos para observar 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 volumosa, mas não foram capazes de descartar uma atmosfera densa.
Uma maneira de reduzir a incerteza é medir a temperatura do planeta. “Este planeta está travado por maré, com um lado voltado para a estrela o tempo todo e o outro em escuridão permanente”, disse Pierre-Olivier Lagage, do CEA, coautor do artigo. “Se 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 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.
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| O gráfico mostra a curva de luz da mudança de brilho de Trappist-1 b usando dados combinados de cinco observações separadas feitas usando o filtro F1500W do MIRI, que permite apenas que a luz com comprimentos de onda variando de 13,5 a 16,6 mícrons passe para os detectores. Os quadrados azuis são medições de brilho individuais. Os círculos vermelhos mostram as medições que são “combinadas” ou calculadas em média para facilitar a visualização da mudança ao longo do tempo. A diminuição do brilho durante o eclipse secundário é inferior a 0,1%. O MIRI foi capaz de detectar alterações tão pequenas quanto 0,027% (ou 1 parte em 3.700). Esta é a primeira observação de emissão térmica de TRAPPIST-1 b, ou qualquer planeta tão pequeno quanto a Terra e tão frio quanto os planetas rochosos em nosso sistema solar. As observações estão sendo repetidas usando um filtro de 12,8 mícrons para confirmar os resultados e restringir as interpretações. Créditos: Ilustração: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI); Ciência: Thomas Greene (NASA Ames), Taylor Bell (BAERI), Elsa Ducrot (CEA), Pierre-Olivier Lagage (CEA) |
Medindo Mudanças Minúsculas no Brilho
A detecção de Webb de um eclipse secundário é em si um marco importante. Com a estrela mais de 1.000 vezes mais brilhante que o planeta, a mudança no brilho é inferior a 0,1%.
A equipe analisou dados de cinco observações separadas de eclipses secundários. “Comparamos os resultados com modelos de computador que mostram qual deve ser a temperatura em diferentes cenários”, explicou Ducrot. “Os resultados são quase perfeitamente consistentes com um corpo negro feito de rocha nua e sem atmosfera para circular o calor. Também não vimos nenhum sinal de luz sendo absorvida pelo dióxido de carbono, o que seria aparente nessas medições”.
Esta pesquisa foi conduzida como parte do programa Webb Guaranteed Time Observation (GTO) 1177, que é um dos oito programas do primeiro ano de ciência do Webb projetados para ajudar a caracterizar completamente o sistema TRAPPIST-1. Observações secundárias adicionais do eclipse de TRAPPIST-1 b estão atualmente em andamento e agora que eles sabem o quão bons os dados podem ser, a equipe espera eventualmente capturar uma curva de fase completa mostrando a mudança no brilho ao longo de toda a órbita. Isso permitirá que eles vejam como a temperatura muda do dia para a noite e confirmem definitivamente se o planeta tem atmosfera ou não.
Fonte: NASA
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