JWST mostra que TRAPPIST-1 d não tem uma atmosfera tipo Terra

Quando acontecimentos à escala global nos fazem questionar se a humanidade tem o que é preciso para continuar, é natural que o pensamento fuja para outros mundos: outras formas de vida, outras inteligências e a hipótese de essas espécies estarem melhor preparadas para ultrapassar os seus próprios “Grandes Filtros”.

Estas divagações podem soar fantasiosas, mas assentam num alicerce bem concreto. Tudo começa por perceber quais os planetas situados em zonas habitáveis à volta de outras estrelas que, na prática, podem mesmo ser habitáveis.

E esse ponto de partida passa por água no estado líquido - e por uma atmosfera compatível com a vida que consiga mantê-la.

O sistema TRAPPIST-1 e a zona habitável compacta

A descoberta do sistema TRAPPIST-1 gerou enorme entusiasmo há alguns anos. Ali existem sete mundos rochosos, com dimensões aproximadamente semelhantes às da Terra, e três - ou talvez quatro - orbitam dentro da zona habitável compacta do seu anão vermelho.

Um desses planetas, o TRAPPIST-1 d, poderá permitir a presença de água à superfície, ou pelo menos em algumas regiões, segundo determinados trabalhos. Contudo, sem uma atmosfera adequada, um planeta não consegue conservar água à superfície - e novas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) indicam que o TRAPPIST-1 d não possui uma atmosfera do tipo terrestre.

Observações do JWST ao TRAPPIST-1 d (NIRSpec/PRISM)

O JWST observou dois trânsitos consecutivos do TRAPPIST-1 d com o instrumento NIRSpec/PRISM em novembro de 2022. Equipas do Canadá, do Reino Unido, de França e dos EUA analisaram os dados desses trânsitos e concluíram que este exoplaneta promissor não apresenta uma atmosfera semelhante à da Terra.

Os resultados foram publicados num artigo em O Jornal Astrofísico, com o título “Limites rigorosos para potenciais atmosferas secundárias no exo-Terra rochoso temperado TRAPPIST-1 d”. A autora principal é Caroline Piaulet-Ghorayeb, da Universidade de Chicago e do Instituto Trottier para a Investigação de Exoplanetas (IREx), na Universidade de Montréal.

“Embora o TRAPPIST-1 d possa revelar-se uma rocha estéril iluminada por uma cruel estrela vermelha, os planetas exteriores TRAPPIST-1e, f, g e h podem ainda ter atmosferas espessas.” - coautor Ryan MacDonald, Universidade de St Andrews.

“No sistema próximo TRAPPIST-1, com sete pequenos planetas rochosos a orbitar uma estrela de tipo tardio M8, existe uma oportunidade sem precedentes para procurar atmosferas secundárias em mundos terrestres temperados”, escrevem os autores.

“Aqui apresentamos o primeiro espectro de transmissão NIRSpec/PRISM de 0,6–5,2 μm do TRAPPIST-1 d, obtido a partir de dois trânsitos com o JWST.”

O TRAPPIST-1 d situa-se praticamente no limite interior da zona habitável do TRAPPIST-1. Por isso, é um alvo particularmente adequado para espectroscopia de transmissão, e estas observações do JWST oferecem o primeiro espectro de transmissão detalhado da sua atmosfera. O problema é que o espectro surge plano - ou seja, não aparecem características atmosféricas detetáveis.

“Em última análise, queremos saber se um ambiente semelhante ao que desfrutamos na Terra pode existir noutro lugar, e em que condições. Embora o Telescópio Espacial James Webb nos esteja a dar, pela primeira vez, a capacidade de explorar esta questão em planetas do tamanho da Terra, neste momento podemos excluir o TRAPPIST-1 d de uma lista de potenciais gémeos ou ‘primos’ da Terra”, afirmou Piaulet-Ghorayeb num comunicado.

O JWST não detetou os tipos de moléculas típicas da atmosfera terrestre, como metano, dióxido de carbono e água. Ainda assim, isso não elimina por completo a possibilidade de existir atmosfera; há mais do que um cenário plausível.

“Há algumas razões possíveis para não detetarmos uma atmosfera à volta do TRAPPIST-1 d. Pode ter uma atmosfera extremamente ténue, difícil de detetar, algo parecido com Marte.

“Em alternativa, pode ter nuvens muito espessas a grande altitude que estejam a impedir a deteção de assinaturas atmosféricas específicas - algo mais semelhante a Vénus. Ou então pode ser uma rocha estéril, sem atmosfera alguma”, disse Piaulet-Ghorayeb.

O que estas medições dizem sobre anões vermelhos e habitabilidade

O interesse em medir a atmosfera do TRAPPIST-1 d vai além de o considerar (ou descartar) como mundo habitável. O objetivo científico é mais amplo.

Os anões vermelhos, ou anões M, como o TRAPPIST-1, são comuns e, ao que tudo indica, constituem o tipo de estrela mais abundante na Via Láctea. Sabe-se também que alojam muitos planetas rochosos - precisamente os mundos onde é razoável perguntar se a vida pode persistir.

Mas os anões vermelhos são igualmente conhecidos pela sua atividade violenta, com erupções frequentes, e o TRAPPIST-1 não é exceção. Regista uma erupção a cada par de dias e, todos os anos, emite entre quatro e seis supererupções. Uma atividade tão intensa pode destruir atmosferas planetárias, tornando os planetas do TRAPPIST-1 inabitáveis.

Apesar disso, existe uma incerteza considerável sobre a relação entre erupções em anões vermelhos e habitabilidade. Alguns estudos sugerem que os planetas não conseguiriam reter atmosferas face às ejecções de massa coronal provenientes da estrela.

Ainda assim, é pelo menos possível que alguns desses mundos mantenham atmosfera. Por exemplo, campos magnéticos planetários fortes poderiam criar uma barreira de proteção contra a atividade eruptiva da estrela. O JWST abre caminho para compreender melhor como as erupções de anões vermelhos afetam as atmosferas.

“Os instrumentos infravermelhos sensíveis do Webb estão a permitir-nos, pela primeira vez, explorar as atmosferas destes planetas mais pequenos e mais frios”, afirmou Björn Benneke, do IREx na Universidade de Montréal, coautor do estudo.

“Estamos mesmo no início de usar o Webb para procurar atmosferas em planetas do tamanho da Terra e para definir a fronteira entre planetas que conseguem manter uma atmosfera e planetas que não conseguem.”

As únicas estruturas visíveis nos espectros do JWST são atribuídas a contaminação estelar, e não a absorção atmosférica. “O nosso espectro de transmissão preciso pode ser totalmente explicado apenas por contaminação estelar e, por isso, permite-nos excluir cenários sem nuvens ou de atmosfera espessa numa ampla gama de possíveis metalicidades atmosféricas”, escrevem os autores.

Uma atmosfera de baixo peso molecular é mais difícil de reter, e estas observações afastam atmosferas dominadas por hidrogénio. As medições também eliminam atmosferas mais espessas, como as de Vénus ou Titã.

O que sobra são atmosferas extremamente ténues, pouco prováveis como suporte de habitabilidade, ou atmosferas dominadas por nuvens altas que ocultem as assinaturas de absorção molecular ao JWST. Porém, a análise acaba por desfavorecer fortemente esses cenários.

“Concluímos, portanto, que (1) atmosferas espessas, sem nuvens, ricas em hidrogénio são excluídas pelo nosso espectro de transmissão; (2) alternativas finas ricas em H2 são fortemente desfavorecidas quando se considera o TRAPPIST-1 d no contexto da sua formação e evolução sob irradiação estelar; e (3) não se espera que nuvens ou brumas a grande altitude se formem no TRAPPIST-1 d se este tiver uma atmosfera de baixa metalicidade”, explicam os investigadores.

Este trabalho quase de certeza retira o TRAPPIST-1 d da lista de exoplanetas potencialmente habitáveis e capazes de sustentar água. Ainda assim, como acontece na Natureza, esta eliminação não é absolutamente definitiva.

“As nossas observações ainda não conseguem excluir por completo outros cenários atmosféricos potenciais para o TRAPPIST-1 d que foram previstos na literatura”, referem os autores, acrescentando que outros estudos com modelos climáticos apontam a possibilidade de, por estar bloqueado por marés, o planeta formar nuvens de água a grande altitude no terminador, bloqueando os sinais de absorção atmosférica.

E os restantes planetas do sistema TRAPPIST-1?

E quanto aos outros mundos do sistema?

“Nem toda a esperança está perdida para atmosferas à volta dos planetas TRAPPIST-1”, disse Piaulet-Ghorayeb. “Embora não tenhamos encontrado uma assinatura atmosférica grande e evidente no planeta d, ainda há potencial para os planetas exteriores estarem a reter muita água e outros componentes atmosféricos.”

No entanto, os planetas exteriores não são alvos científicos tão apelativos como o planeta d. Estão mais afastados da estrela e são mais frios; mesmo os instrumentos poderosos do JWST têm dificuldade nessas condições. Apesar de não existirem espectros detalhados para esses mundos, os investigadores ainda assim chegaram a algumas conclusões.

“Concluímos que mesmo uma perda total da atmosfera no TRAPPIST-1 d não impediria a presença de atmosfera nos planetas exteriores da zona habitável TRAPPIST-1 e, f e g”, escrevem na conclusão. Ao contrário dos planetas interiores, é possível que estes planetas exteriores tenham conservado a sua água “mesmo que, inicialmente, só tenham acumulado o equivalente a alguns oceanos terrestres de voláteis”.

“O nosso trabalho de detetive está apenas a começar. Embora o TRAPPIST-1 d possa revelar-se uma rocha estéril iluminada por uma cruel estrela vermelha, os planetas exteriores TRAPPIST-1e, f, g e h podem ainda ter atmosferas espessas”, acrescentou Ryan MacDonald, coautor do artigo, atualmente na Universidade de St Andrews, no Reino Unido, e anteriormente na Universidade do Michigan.

“Graças ao Webb, sabemos agora que o TRAPPIST-1 d está muito longe de ser um mundo acolhedor. Estamos a aprender que a Terra é ainda mais especial no cosmos.”

Ser humano é assistir aos maiores momentos de conquista e união da humanidade - mas também aos atos mais degradantes que praticamos uns contra os outros.

É inevitável que pessoas reflexivas se perguntem se existem outros mundos que albergam vida. Cada planeta potencialmente habitável representa um pequeno brilho de esperança de que os humanos, com todas as suas dificuldades, não sejam a única espécie inteligente por aí.

Se procurarmos no céu e nos exoplanetas algum alívio para os problemas da humanidade, o TRAPPIST-1 d não o oferecerá. Se esta investigação estiver correta, fica riscado da lista de exoplanetas inspiradores.

Passemos ao próximo.

Este artigo foi originalmente publicado pela Universe Today. Leia o artigo original.