O Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA descobriu seu primeiro planeta do tamanho da Terra na zona habitável de sua estrela, a faixa de distâncias em que as condições podem ser adequadas para permitir a presença de água líquida na superfície. Os cientistas confirmaram a descoberta, chamado TOI 700 d, usando o telescópio espacial Spitzer da NASA e modelando os ambientes potenciais do planeta para ajudar a informar observações futuras.

TOI 700 d é um dos poucos planetas do tamanho da Terra descobertos na zona habitável de uma estrela até agora. Outros incluem vários planetas no sistema TRAPPIST-1 e outros mundos descobertos pelo Telescópio Espacial Kepler da NASA.

"O TESS foi projetado e lançado especificamente para encontrar planetas do tamanho da Terra orbitando estrelas próximas, "disse Paul Hertz, diretor da divisão de astrofísica na sede da NASA em Washington. "Planetas ao redor de estrelas próximas são mais fáceis de acompanhar com telescópios maiores no espaço e na Terra. Descobrir TOI 700 d é uma descoberta científica chave para o TESS. Confirmar o tamanho do planeta e o status da zona habitável com o Spitzer é outra vitória do Spitzer conforme ele se aproxima o fim das operações científicas em janeiro. "

O TESS monitora grandes áreas do céu, setores chamados, por 27 dias de cada vez. Este longo olhar permite que o satélite rastreie as mudanças no brilho estelar causadas por um planeta em órbita cruzando na frente de sua estrela de nossa perspectiva, um evento chamado trânsito.

TOI 700 é um pequeno, estrela anã fria M localizada a pouco mais de 100 anos-luz de distância, na constelação de Dorado ao sul. Tem cerca de 40% da massa e do tamanho do Sol e cerca de metade da temperatura da superfície. A estrela aparece em 11 dos 13 setores TESS observados durante o primeiro ano da missão, e os cientistas detectaram vários trânsitos por seus três planetas.

A estrela foi originalmente classificada incorretamente no banco de dados TESS como sendo mais semelhante ao nosso Sol, o que significava que os planetas pareciam maiores e mais quentes do que realmente são. Vários pesquisadores, incluindo Alton Spencer, um estudante do ensino médio trabalhando com membros da equipe TESS, identificou o erro.

"Quando corrigimos os parâmetros da estrela, o tamanho de seus planetas caiu, e percebemos que o mais externo era do tamanho da Terra e na zona habitável, "disse Emily Gilbert, um estudante de pós-graduação na Universidade de Chicago. "Além disso, em 11 meses de dados, não vimos nenhuma erupção da estrela, o que aumenta as chances de TOI 700 d ser habitável e torna mais fácil modelar suas condições atmosféricas e de superfície. "

Gilbert e outros pesquisadores apresentaram as descobertas no 235º encontro da American Astronomical Society em Honolulu, e três artigos - um dos quais conduzido por Gilbert - foram submetidos a revistas científicas.

O planeta mais interno, chamado TOI 700 b, é quase exatamente do tamanho da Terra, é provavelmente rochoso e completa uma órbita a cada 10 dias. O planeta do meio, TOI 700 c, é 2,6 vezes maior que a Terra - entre os tamanhos da Terra e de Netuno - orbita a cada 16 dias e é provavelmente um mundo dominado por gás. TOI 700 d, o planeta mais externo conhecido no sistema e o único na zona habitável, mede 20% maior do que a Terra, orbita a cada 37 dias e recebe de sua estrela 86% da energia que o Sol fornece à Terra. Acredita-se que todos os planetas estejam presos às suas estrelas, o que significa que eles giram uma vez por órbita, de modo que um lado é constantemente banhado pela luz do dia.

Uma equipe de cientistas liderada por Joseph Rodriguez, um astrônomo do Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian em Cambridge, Massachusetts, solicitou observações de acompanhamento com o Spitzer para confirmar TOI 700 d.

"Dado o impacto desta descoberta - que é o primeiro planeta do tamanho da Terra de zona habitável da TESS - nós realmente queríamos que nosso entendimento deste sistema fosse o mais concreto possível, "Disse Rodriguez." Spitzer viu TOI 700 d trânsito exatamente quando esperávamos. É uma grande adição ao legado de uma missão que ajudou a confirmar dois dos planetas TRAPPIST-1 e identificar mais cinco. "

Os dados do Spitzer aumentaram a confiança dos cientistas de que TOI 700 d é um planeta real e aprimoraram suas medições de seu período orbital em 56% e seu tamanho em 38%. Também descartou outras possíveis causas astrofísicas do sinal de trânsito, como a presença de um menor, estrela companheira mais fraca no sistema.

Rodriguez e seus colegas também usaram observações de acompanhamento de um telescópio terrestre de 1 metro na rede global do Observatório Las Cumbres para melhorar a confiança dos cientistas no período orbital e no tamanho do TOI 700 c em 30% e 36%, respectivamente.

Porque TOI 700 é brilhante, próximo, e não mostra nenhum sinal de chamas estelares, o sistema é o principal candidato para medições precisas de massa pelos atuais observatórios terrestres. These measurements could confirm scientists' estimates that the inner and outer planets are rocky and the middle planet is made of gas.

Future missions may be able to identify whether the planets have atmospheres and, se então, even determine their compositions.

While the exact conditions on TOI 700 d are unknown, scientists can use current information, like the planet's size and the type of star it orbits, to generate computer models and make predictions. Researchers at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, modeled 20 potential environments of TOI 700 d to gauge if any version would result in surface temperatures and pressures suitable for habitability.

Their 3-D climate models examined a variety of surface types and atmospheric compositions typically associated with what scientists regard to be potentially habitable worlds. Because TOI 700 d is tidally locked to its star, the planet's cloud formations and wind patterns may be strikingly different from Earth's.

One simulation included an ocean-covered TOI 700 d with a dense, carbon-dioxide-dominated atmosphere similar to what scientists suspect surrounded Mars when it was young. The model atmosphere contains a deep layer of clouds on the star-facing side. Another model depicts TOI 700 d as a cloudless, all-land version of modern Earth, where winds flow away from the night side of the planet and converge on the point directly facing the star.

When starlight passes through a planet's atmosphere, it interacts with molecules like carbon dioxide and nitrogen to produce distinct signals, called spectral lines. The modeling team, led by Gabrielle Engelmann-Suissa, a Universities Space Research Association visiting research assistant at Goddard, produced simulated spectra for the 20 modeled versions of TOI 700 d.

"Someday, when we have real spectra from TOI 700 d, we can backtrack, match them to the closest simulated spectrum, and then match that to a model, " Engelmann-Suissa said. "It's exciting because no matter what we find out about the planet, it's going to look completely different from what we have here on Earth."