JWST indica que TRAPPIST-1 d não tem atmosfera semelhante à da Terra

Quando acontecimentos globais nos fazem questionar se a humanidade tem condições de persistir, é comum a mente viajar para outros mundos - outras formas de vida, outras espécies inteligentes - e imaginar se elas estariam mais preparadas para atravessar quaisquer Grandes Filtros que encontrem pelo caminho.

Essas ideias têm um lado fantasioso, mas também se apoiam em raciocínios bem concretos. Tudo começa por reconhecer quais planetas situados em zonas habitáveis ao redor de outras estrelas poderiam, de facto, ser habitáveis.

E esse ponto de partida passa por água líquida e por uma atmosfera compatível com a vida, capaz de a manter.

O sistema TRAPPIST-1 e os planetas na zona habitável

A descoberta do sistema TRAPPIST-1, há alguns anos, despertou enorme entusiasmo. Ali existem sete mundos rochosos, aproximadamente do tamanho da Terra, e três - talvez quatro - situam-se dentro da zona habitável compacta da anã vermelha.

Um desses planetas, o TRAPPIST-1 d, poderia sustentar água à superfície, ou pelo menos em algumas regiões, segundo certos estudos. Contudo, sem uma atmosfera adequada, um planeta não consegue preservar água líquida na superfície - e novas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) indicam que o TRAPPIST-1 d não tem uma atmosfera semelhante à da Terra.

JWST, NIRSpec/PRISM e o espectro de transmissão de TRAPPIST-1 d

Em novembro de 2022, o JWST acompanhou dois trânsitos consecutivos de TRAPPIST-1 d com o instrumento NIRSpec/PRISM. Equipas do Canadá, do Reino Unido, da França e dos EUA examinaram os dados desses eventos e concluíram que o exoplaneta promissor não apresenta uma atmosfera do tipo terrestre.

Os resultados foram publicados em O Jornal Astrofísico num artigo intitulado “Limites rigorosos para possíveis atmosferas secundárias na exo-Terra rochosa temperada TRAPPIST-1 d”. A autora principal é Caroline Piaulet-Ghorayeb, da Universidade de Chicago e do Instituto Trottier de Pesquisa em Exoplanetas (IREx) da Université de Montréal.

"Embora o TRAPPIST-1 d possa acabar por ser uma rocha estéril iluminada por uma cruel estrela vermelha, os planetas externos TRAPPIST-1e, f, g e h ainda podem possuir atmosferas espessas." - coautor Ryan MacDonald, Universidade de St. Andrews.

No estudo, os autores observam: "O sistema TRAPPIST-1, próximo de nós, com seus sete pequenos planetas rochosos a orbitar uma estrela M8 de tipo tardio, oferece uma oportunidade sem precedentes para procurar atmosferas secundárias em mundos terrestres temperados".

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

Por estar na borda interna da zona habitável de TRAPPIST-1, o TRAPPIST-1 d é um alvo particularmente atraente para espectroscopia de transmissão. Essas medições do JWST fornecem o primeiro espectro de transmissão detalhado associado à atmosfera do planeta. O problema é que o espectro aparece “plano”, ou seja, sem traços atmosféricos detetáveis.

Num comunicado à imprensa, Piaulet-Ghorayeb explicou: "No fim das contas, queremos saber se um ambiente parecido com o que desfrutamos na Terra pode existir em outro lugar e em quais condições. Embora o Telescópio Espacial James Webb esteja a dar-nos, pela primeira vez, a capacidade de explorar essa questão em planetas do tamanho da Terra, por ora podemos excluir o TRAPPIST-1 d de uma lista de potenciais gémeos ou primos da Terra".

De acordo com os dados, o JWST não identificou os tipos de moléculas comuns na atmosfera terrestre, como metano, dióxido de carbono e água. Ainda assim, isso não significa, de forma absoluta, que não exista atmosfera; há outras hipóteses em jogo.

Segundo Piaulet-Ghorayeb: "Existem algumas razões potenciais para não detetarmos uma atmosfera em torno de TRAPPIST-1 d. Ele pode ter uma atmosfera extremamente fina, difícil de observar, um pouco como Marte.

"Como alternativa, pode haver nuvens muito espessas e em grande altitude a bloquear a nossa deteção de assinaturas atmosféricas específicas - algo mais semelhante a Vénus. Ou então pode ser uma rocha estéril, sem atmosfera alguma".

Anãs vermelhas, erupções e o que isso implica para TRAPPIST-1e, f, g e h

Analisar o TRAPPIST-1 d e a sua atmosfera vai além de simplesmente “aprovar” ou “reprovar” a habitabilidade do planeta. A questão faz parte de um esforço científico mais amplo.

Anãs vermelhas - ou estrelas do tipo M - como TRAPPIST-1 são muito comuns e, provavelmente, as mais abundantes na Via Láctea. Elas também são conhecidas por abrigar uma grande quantidade de mundos rochosos, onde é natural perguntar se a vida poderia persistir.

Ao mesmo tempo, anãs vermelhas são famosas por erupções violentas, e TRAPPIST-1 não foge à regra. A estrela entra em erupção a cada poucos dias e, anualmente, liberta entre quatro e seis supererupções. Uma atividade tão intensa pode desmantelar atmosferas planetárias, tornando os planetas de TRAPPIST-1 inabitáveis.

Apesar disso, ainda há muita incerteza sobre como as erupções de anãs vermelhas se traduzem em (in)habitabilidade. Alguns trabalhos sugerem que os planetas não conseguiriam manter atmosferas diante das ejeções de massa coronal emitidas pela estrela.

Por outro lado, continua a ser plausível que alguns desses mundos preservem as suas atmosferas. Campos magnéticos planetários fortes, por exemplo, poderiam criar uma barreira protetora contra a atividade eruptiva. Nesse sentido, o JWST oferece um caminho para compreender como as erupções de anãs vermelhas afetam atmosferas.

Björn Benneke, do IREx na Université de Montréal e coautor do estudo, disse: "Os instrumentos infravermelhos sensíveis do Webb estão a permitir-nos, pela primeira vez, investigar as atmosferas desses planetas menores e mais frios".

E completou: "Estamos realmente apenas a começar a usar o Webb para procurar atmosferas em planetas do tamanho da Terra e para definir a fronteira entre os planetas que conseguem reter uma atmosfera e os que não conseguem".

No espectro obtido pelo JWST, os únicos sinais presentes foram atribuídos a contaminação estelar, e não à absorção atmosférica. Nas palavras dos autores: "O nosso espectro de transmissão preciso pode ser totalmente explicado apenas por contaminação estelar e, portanto, permite-nos descartar cenários de atmosfera sem nuvens ou de atmosfera espessa numa ampla gama de possíveis metalicidades atmosféricas".

Uma atmosfera de baixa massa molecular tende a ser mais difícil de reter; com isso, as observações excluíram atmosferas dominadas por hidrogénio. Os dados também descartaram atmosferas mais espessas, como as de Vénus ou de Titã.

Com isso, restariam apenas duas possibilidades: atmosferas extremamente finas (improváveis de sustentar habitabilidade) ou atmosferas dominadas por nuvens altas que escondam as feições de absorção molecular do JWST. Ainda assim, o trabalho acaba por reduzir fortemente essas alternativas.

Os investigadores resumem: "Portanto, concluímos que (1) atmosferas espessas, ricas em hidrogénio e sem nuvens estão excluídas pelo nosso espectro de transmissão; (2) alternativas finas ricas em H₂ são fortemente desfavorecidas ao considerar TRAPPIST-1 d no contexto da sua formação e evolução sob irradiação estelar; e (3) nuvens ou brumas em grande altitude não são esperadas em TRAPPIST-1 d se ele tiver uma atmosfera de baixa metalicidade".

Esse conjunto de evidências quase certamente retira TRAPPIST-1 d da lista de exoplanetas que poderiam sustentar água e ser potencialmente habitáveis. Porém, como acontece na ciência, a exclusão não é 100% definitiva.

Os autores esclarecem: "As nossas observações ainda não conseguem excluir completamente outros cenários atmosféricos potenciais para TRAPPIST-1 d previstos na literatura". Eles apontam que outros estudos, com modelos climáticos, sugerem a possibilidade de o planeta - bloqueado por maré - formar nuvens de água em grande altitude na região do terminador, o que ocultaria os sinais de absorção atmosférica.

E quanto aos demais planetas do sistema?

Piaulet-Ghorayeb afirmou: "Nem toda a esperança está perdida para atmosferas em torno dos planetas de TRAPPIST-1. Embora não tenhamos encontrado uma assinatura atmosférica grande e evidente no planeta d, ainda existe potencial para os planetas externos estarem a reter muita água e outros componentes atmosféricos".

Mesmo assim, os planetas mais externos não são alvos tão “apetitosos” do ponto de vista científico quanto o planeta d. Por estarem mais distantes da estrela, são mais frios, e até os instrumentos potentes do JWST encontram dificuldades nessas condições. Ainda que não haja espectros detalhados para esses mundos, os autores chegaram a uma conclusão importante.

Na conclusão, eles escrevem: "Constatamos que mesmo a perda completa da atmosfera de TRAPPIST-1 d não impediria a presença de atmosferas nos planetas externos na ZH TRAPPIST-1 e, f e g". Diferentemente dos planetas internos, é possível que esses mundos externos tenham mantido a sua água "mesmo que inicialmente tenham acumulado apenas alguns oceanos terrestres de voláteis".

Ryan MacDonald, coautor do artigo (atualmente na Universidade de St. Andrews, no Reino Unido, e anteriormente na Universidade de Michigan), acrescentou: "O nosso trabalho de detetive está apenas a começar. Embora o TRAPPIST-1 d possa acabar por ser uma rocha estéril iluminada por uma cruel estrela vermelha, os planetas externos TRAPPIST-1e, f, g e h ainda podem possuir atmosferas espessas".

E concluiu: "Graças ao Webb, agora sabemos que TRAPPIST-1 d está muito longe de ser um mundo hospitaleiro. Estamos a aprender que a Terra é ainda mais especial no cosmos".

Ser humano implica assistir aos momentos mais grandiosos e triunfantes de realização e união da nossa espécie, mas também aos atos degradantes que praticamos uns contra os outros.

É natural que pessoas que pensam sobre isso se perguntem se existem outros mundos que abriguem vida. Cada mundo potencialmente habitável é um pequeno sinal de esperança de que os humanos, com todas as suas lutas, talvez não sejam a única espécie inteligente por aí.

Se procuramos no céu - e nos exoplanetas - algum alívio para os problemas da humanidade, TRAPPIST-1 d não vai oferecê-lo. Se esta pesquisa estiver correta, ele sai da lista de exoplanetas que inspiram esperança.

Rumo ao próximo.

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