Um ano atrás, Escrevi um artigo sobre a notável descoberta do sistema planetário TRAPPIST-1, um sistema de sete planetas terrestres temperados orbitando uma estrela anã vermelha ultra-fria. Esta foi uma enorme descoberta astronômica porque essas estrelas de baixa massa são as mais numerosas em nossa galáxia, e a descoberta de planetas potencialmente habitáveis ​​ao redor de um deles levou muitas pessoas a especular sobre a existência de vida lá e em outros lugares de nossa galáxia em torno de estrelas semelhantes.

Este anúncio também inspirou muitos estudos adicionais por astrônomos em todo o mundo, que usaram instrumentos adicionais e executaram modelos complexos para entender melhor este sistema planetário e seu potencial para hospedar vida.

Um ano depois, parece-me que é o momento certo para atualizá-los sobre o que aprendemos sobre este sistema planetário, que está localizado a apenas 41 anos-luz da Terra.

Melhor compreensão do sistema planetário

Entre dezembro de 2016 e março de 2017, dados adicionais no TRAPPIST-1 foram coletados usando a espaçonave Kepler no programa K2. O Kepler foi projetado para medir trânsitos de exoplanetas, mas as observações do TRAPPIST-1 foram um grande desafio, mesmo para esta notável espaçonave caçadora de planetas, porque o TRAPPIST-1 é muito tênue na luz visível. Durante sua vida, astrônomos aprenderam muito sobre as muitas capacidades do Kepler, incluindo melhores maneiras de atingir a sensibilidade necessária para detectar as assinaturas de trânsitos do tipo TRAPPIST-1 (normalmente 0,1% do fluxo da estrela). Os autores de um artigo publicado em maio de 2017 em Natureza foram capazes de restringir o período orbital do planeta mais externo, TRAPPIST-1h (P =18,766 dias). Seu trabalho mostra que os sete planetas são, como suspeito, em ressonâncias de três corpos em uma cadeia complexa que sugere boa estabilidade por um longo período de tempo.

Lembre-se de que não vemos os planetas, mas detectamos apenas suas sombras usando a técnica de trânsito que nos dá uma boa estimativa do tamanho de um planeta e sua órbita. Contudo, para entender verdadeiramente a natureza de um planeta, também precisamos determinar sua densidade, e, portanto, sua massa. Em um esforço para estimar a massa em vários sistemas, astrônomos usaram uma técnica chamada variações de tempo de trânsito (ou TTV). Esta técnica consiste em medir uma pequena mudança no tempo de um trânsito causado pela interação gravitacional com os outros planetas do sistema. Usando um novo algoritmo e um conjunto completo de dados, incluindo dados de TRAPPIST e K2, uma equipe de cientistas melhorou significativamente as medições de densidade dos planetas TRAPPIST-1, que variam de 0,6 a 1,0 vezes a densidade da Terra, ou uma medição de densidade semelhante ao que vemos nos planetas terrestres em nosso sistema solar. Se também considerarmos a quantidade de luz que recebemos desses planetas, TRAPPIST-1 e é provavelmente o mais parecido com a Terra no sistema. Um artigo publicado em fevereiro de 2018 também incluiu uma discussão sobre o interior desses planetas e sugeriu que TRAPPIST-1 c e e têm grandes interiores rochosos e -b, -d, -f, -g deve ter atmosferas densas, oceanos, ou crostas geladas.

Para entender um sistema planetário, precisamos de informações precisas sobre seu objeto mais massivo, sua estrela. Astrônomos estelares melhoraram seus conhecimentos sobre a estrela do TRAPPIST-1 e agora estimam sua idade entre 5 e 10 bilhões de anos, o que o torna mais velho que o nosso sol. Esta estimativa é baseada em vários métodos, incluindo o estudo de sua atividade, sua taxa de rotação, e sua localização na Via Láctea. Sua massa também foi revisada para 9% da massa do nosso sol, o que afeta ligeiramente a distância do planeta da estrela hospedeira.

Enquanto observa o sistema TRAPPIST, astrônomos também detectaram fortes labaredas semelhantes a estrelas (visto, por exemplo, no final das observações do K2). O monitoramento de UV pelo Telescópio Espacial Hubble e por XMM / Newton combinado com modelagem revelou que os planetas internos podem ter perdido uma grande quantidade de água, mas os mais externos provavelmente retêm a maior parte dos seus. A complexidade desses modelos de liberação de gases e interações com o vento estelar, quando combinado com massas planetárias, são a chave para entender a natureza dos planetas do TRAPPIST-1 e sua habitabilidade potencial.

Dynamicists, que representam outra importante subdisciplina astronômica, também se interessaram por este sistema complexo. Com sete planetas em torno de uma estrela de baixa massa, pode-se questionar legitimamente sobre a estabilidade do sistema. Seus modelos nos mostram que o sistema pode ser estável por bilhões de anos, o que é uma notícia excelente se você quiser que a vida floresça lá.

Novos experimentos e ideias inovadoras

Agora temos uma prova inequívoca da existência dos planetas TRAPPIST-1, e sabemos sobre suas órbitas, o tamanho deles, e sua massa, mas ainda há muito a ser aprendido antes de podermos afirmar que eles têm água líquida em sua superfície, e precisamos saber muito mais do que isso antes de podermos concluir que esses planetas podem ser habitáveis, ou habitada.

Um dos principais desafios para calcular a temperatura da superfície de um planeta é a existência e composição de sua atmosfera. A atmosfera pode agir como um cobertor, aquecendo a superfície planetária. Usando o Telescópio Espacial Hubble, astrônomos tentaram detectar a presença de atmosferas dominadas por hidrogênio ricas em torno dos planetas TRAPPIST-1 d, e, f, e g. Eventos de trânsito multicoloridos tomados no infravermelho próximo descartaram tal atmosfera para os planetas d, e, e f. Uma atmosfera dominada por H2 levaria a altas temperaturas e pressões de superfície, que são incompatíveis com a presença de água líquida. Esta detecção negativa sugere que esses planetas podem ter uma atmosfera semelhante à da Terra com um clima de superfície temperado, o que é mais uma boa notícia se, como eu, você está interessado em habitabilidade.

Se a vida apareceu em um planeta TRAPPIST-1 em um momento em que era hospitaleiro, quais são as chances de se espalhar por todo o sistema? Dois astrônomos discutiram essa hipótese em um pequeno artigo publicado em junho de 2017 e usaram um modelo simples para litopanspermia (a transferência de organismos em rochas de um planeta para outro por meio interplanetário) para descobrir que a probabilidade de isso acontecer é ordens de magnitude maior do que para o sistema Terra-Marte. No TRAPPIST-1 compacto, a probabilidade de impacto é maior e o tempo de trânsito entre os planetas é menor, o que torna mais provável a contaminação entre os planetas. Eles concluíram que a probabilidade de abiogênese (a aparência de vida) é aumentada para TRAPPIST-1. Claro, isso é pura especulação baseada em considerações físicas que precisam ser apoiadas por observações, mas reforçou a importância de encontrar esses sistemas minipletários compactos em outras partes da galáxia.

A vida pode existir tanto em luas quanto em planetas, e uma lua pode ser um contribuinte significativo para a presença de vida porque sua presença pode estabilizar o eixo de rotação do planeta e criar piscinas naturais que podem ser necessárias para a formação e interação de moléculas complexas. Nenhuma lua foi detectada em torno dos planetas TRAPPIST-1, mesmo que as observações do Spitzer tenham sido capazes de detectar uma lua tão grande quanto a da Terra. O estudo teórico mostra que é improvável que os planetas internos (-b a -e) tenham luas pequenas devido à proximidade de sua estrela e de outros planetas. Ainda não somos capazes de detectar a presença de uma pequena lua circulando um dos planetas mais externos, e não será capaz de detectar um sem usar telescópios maiores no espaço e no solo.

O aquecimento por indução é um processo usado na Terra para derreter metal. Ocorre quando mudamos o campo magnético em um meio condutor, que então dissipa a energia através do calor. Os astrônomos sabem há alguns anos que estrelas do tipo M, como TRAPPIST-1, têm um forte campo magnético. Um grupo de astrônomos estudou o efeito de um campo magnético tão forte no interior dos planetas em um sistema inclinado em relação ao campo magnético de sua estrela. Presumindo um interior planetário e uma composição semelhante à da Terra, eles determinaram que os três planetas mais internos (-b, -c, -d) deve experimentar atividade vulcânica aumentada e liberação de gás, e, em alguns casos extremos, desenvolveram um oceano de magma com placas tectônicas e terremotos em grande escala, comparável a Io, um satélite de Júpiter. Novamente, este resultado é extremamente dependente do modelo, uma vez que ainda não temos uma ideia clara da composição interna desses planetas, que afetará diretamente a força do aquecimento por indução. Contudo, se eles são realmente semelhantes à Terra em composição, eles podem ser uma versão infernal de nosso próprio planeta.

Outros cientistas também discutiram a existência de placas tectônicas significativas e terremotos intensos neste sistema devido ao estresse das marés introduzido pelas interações planeta-estrela e planeta-planeta. Se a atividade estiver certa, alguns dos planetas TRAPPIST-1 podem de fato ser semelhantes à Terra com o equivalente a placas continentais, fundo do oceano, e vulcões ativos, mas um dia precisaremos tirar uma foto para confirmar isso.

Qual é o próximo?

Resumi alguns dos artigos mais recentes publicados nos últimos dois anos sobre o maravilhoso sistema TRAPPIST-1. Esta lista não é exaustiva e provavelmente perdi algumas ideias interessantes e novas hipóteses sobre este sistema complexo.

Mas uma coisa é clara como cristal:Minhas leituras me deixaram (e a muitas outras pessoas) entusiasmado com o que podemos encontrar a partir de observações adicionais com grandes telescópios terrestres, incluindo um telescópio extremamente grande (como o TMT, ELT, ou GMT), ou o Telescópio Espacial James Webb (JWST). Cada uma dessas instalações é necessária para restringir nossos modelos e refinar nossa compreensão desse sistema. Por exemplo, o monitoramento de longo prazo do sistema com essas instalações colocará mais restrições à presença de luas no sistema. Usando a fotometria precisa possibilitada pelo JWST, os astrônomos esperam restringir as massas e órbitas planetárias com grande precisão, derivam a composição de suas atmosferas, construir mapas de temperatura brutos de todos os planetas no sistema TRAPPIST-1.

Depois de 2020, se tudo correr bem com o JWST e se o telescópio espacial fornecer os dados excelentes que esperamos, podemos ter um mapa bruto dos planetas TRAPPIST-1, semelhante à imagem aproximada de Plutão feita com o telescópio espacial Hubble e posteriormente validada pela nave espacial New Horizons.

Em menos de duas décadas, sistemas planetários próximos, como TRAPPIST-1, se tornarão nosso quintal cósmico, e se tudo correr como planejado com missões como TESS, PLATO, ARIEL, e JWST, bem como os ELTs, em breve aprenderemos os segredos desses mundos exóticos que, Estou convencido, vai nos surpreender por sua diversidade, assim como nosso próprio sistema solar nos surpreendeu nas últimas duas décadas, nos surpreende hoje, e com certeza continuará a nos surpreender no futuro.