p Em 2021, Observatório de próxima geração da NASA, o Telescópio Espacial James Webb (JWST), vai levar para o espaço. Uma vez operacional, esta missão principal pegará onde outros telescópios espaciais, como o Hubble, Kepler e Spitzer - parados. Isso significa que, além de investigar alguns dos maiores mistérios cósmicos, também irá procurar exoplanetas potencialmente habitáveis ​​e tentar caracterizar suas atmosferas. p Isso é parte do que diferencia o JWST de seus predecessores. Entre sua alta sensibilidade e recursos de imagem infravermelha, será capaz de coletar dados em atmosferas de exoplanetas como nunca antes. Contudo, como um estudo apoiado pela NASA recentemente mostrou, planetas que têm atmosferas densas também podem ter uma extensa cobertura de nuvens, o que pode complicar as tentativas de reunir alguns dos dados mais importantes de todos.

p Por anos, astrônomos usaram fotometria de trânsito (também conhecido como método de trânsito) para detectar exoplanetas monitorando estrelas distantes quanto a quedas de brilho. Este método também se mostrou útil para determinar a composição atmosférica de alguns planetas. À medida que esses corpos passam na frente de suas estrelas, a luz passa pela atmosfera do planeta, o espectro do qual é então analisado para ver quais elementos químicos estão presentes.

p Até aqui, este método tem sido útil ao observar planetas massivos (gigantes gasosos e "super-Júpiter") que orbitam seus sóis a grandes distâncias. Contudo, observando menor, planetas rochosos (ou seja, Planetas "semelhantes à Terra") que orbitam mais perto de seus sóis, que os colocaria dentro da zona habitável da estrela, esteve além das capacidades dos telescópios espaciais.

p Por esta razão, a comunidade astronômica está ansiosa por telescópios da próxima geração como o JWST. Ao examinar os espectros de luz que passa pela atmosfera de um planeta rochoso (um método conhecido como espectroscopia de transmissão), os cientistas serão capazes de procurar indicadores reveladores de gás oxigênio, dióxido de carbono, metano, e outros sinais associados à vida (também conhecidos como "bioassinaturas").

p Outro elemento crítico para a vida como a conhecemos é a água, portanto, as assinaturas de vapor d'água na atmosfera de um planeta são o principal alvo para pesquisas futuras. Mas em um novo estudo liderado por Thaddeus Komacek, um pós-doutorado com o Departamento de Ciências Geofísicas da Universidade de Chicago, é possível que qualquer planeta com água de superfície abundante também tenha nuvens abundantes (partículas de condensação de gelo) em sua atmosfera.

p Por causa deste estudo, Komacek e seus colegas examinaram se essas nuvens interfeririam nas tentativas de detectar vapor de água na atmosfera de exoplanetas terrestres. Devido ao número de exoplanetas rochosos que foram descobertos nas zonas habitáveis ​​de estrelas do tipo M (anãs vermelhas) nos últimos anos, como Proxima b, as anãs vermelhas vizinhas serão o foco principal de pesquisas futuras.

p Como Komack explicou à Universe Today por e-mail, planetas bloqueados pelas marés que orbitam estrelas anãs vermelhas são adequados para estudos envolvendo espectroscopia de transmissão - e por uma série de razões:

p "Os planetas em trânsito orbitando estrelas anãs vermelhas são alvos mais favoráveis ​​do que aqueles orbitando estrelas semelhantes ao Sol porque a proporção entre o tamanho do planeta e o tamanho da estrela é maior. O tamanho do sinal nas escalas de transmissão é o quadrado da proporção do tamanho do planeta ao tamanho da estrela, portanto, há um aumento significativo no sinal que vai para estrelas menores do que a Terra.

p "Outra razão pela qual os planetas orbitando estrelas anãs vermelhas são mais favoráveis ​​de observar é porque a 'zona habitável, "ou onde esperamos que haja água líquida na superfície do planeta, está muito mais perto da estrela ... Por causa dessas órbitas mais próximas, planetas rochosos habitáveis ​​orbitando estrelas anãs vermelhas transitarão por suas estrelas com muito mais frequência, o que permite que os observadores façam muitas observações repetidas. "

p Com isso em mente, Komacek e sua equipe empregaram dois modelos em conjunto para gerar espectros de transmissão sintética de planetas bloqueados por maré ao redor de estrelas do tipo M. O primeiro foi ExoCAM, desenvolvido pelo Dr. Eric Wolf do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado (LASP), um modelo de sistema terrestre comunitário (CESM) usado para simular o clima da Terra, que foi adaptado para estudar atmosferas de exoplanetas.

p Usando o modelo ExoCAM, eles simularam o clima de planetas rochosos orbitando estrelas anãs vermelhas. Segundo, eles empregaram o gerador de espectro planetário desenvolvido pelo Goddard Space Flight Center da NASA para simular o espectro de transmissão que o JWST detectaria em seu planeta simulado. Como Komacek explicou:"Essas simulações ExoCAM calcularam as distribuições tridimensionais de temperatura, proporção de mistura de vapor de água, e partículas de nuvem de água líquida e gelada. Descobrimos que os planetas orbitando estrelas anãs vermelhas são muito mais nublados que a Terra. Isso ocorre porque todo o lado diurno tem um clima semelhante aos trópicos da Terra, e assim o vapor de água é facilmente elevado a baixas pressões, onde pode condensar e formar nuvens que cobrem grande parte do lado diurno do planeta ... PSG deu resultados para o tamanho aparente do planeta na transmissão em função do comprimento de onda, junto com a incerteza. Ao observar como o tamanho do sinal mudou com o comprimento de onda, fomos capazes de determinar o tamanho das características do vapor d'água e compará-las ao nível de incerteza. "

p Entre esses dois modelos, a equipe foi capaz de simular planetas com e sem cobertura de nuvens, e o que o JWST seria capaz de detectar como resultado. No caso do primeiro, eles descobriram que o vapor de água na atmosfera do exoplaneta quase certamente seria detectável. Eles também descobriram que isso poderia ser feito para exoplanetas do tamanho da Terra em apenas 10 trânsitos ou menos.

p "[Q] uando incluímos os efeitos das nuvens, o número de trânsitos que o JWST precisava observar para detectar o vapor de água aumentou por um fator de 10 a 100, "disse Komacek." Há um limite natural de quantos trânsitos JWST pode observar para um determinado planeta, porque JWST tem uma vida útil nominal de missão definida de cinco anos, e a observação da transmissão só pode ser feita quando o planeta passa entre nós e sua estrela hospedeira. "

p Eles também descobriram que o impacto da cobertura de nuvens era especialmente forte com planetas de rotação mais lenta em torno de anãs vermelhas. Basicamente, planetas que têm períodos orbitais superiores a cerca de 12 dias experimentariam mais formação de nuvens em seus lados diurnos. "Descobrimos que, para planetas orbitando uma estrela como TRAPPIST-1 (o alvo mais favorável conhecido), O JWST não seria capaz de observar trânsitos suficientes para detectar o vapor de água, "disse Komacek.

p Esses resultados são semelhantes aos que outros pesquisadores observaram, ele adicionou. Ano passado, um estudo conduzido por pesquisadores da NASA Goddard mostrou como a cobertura de nuvens tornaria o vapor d'água indetectável na atmosfera dos planetas TRAPPIST-1. No início deste mês, outro estudo da NASA apoiado por Goddard mostrou que as nuvens reduzirão a amplitude do vapor d'água a ponto de o JWST eliminá-los como ruído de fundo.

p Mas antes de pensarmos que tudo isso é uma má notícia, este estudo apresenta algumas sugestões para superar essas limitações. Por exemplo, se o tempo da missão é um fator, a missão do JWST pode ser estendida para que os cientistas tenham mais tempo para coletar dados. Já, A NASA espera ter o telescópio espacial em operação por 10 anos, portanto, uma extensão da missão já é uma possibilidade.

p Ao mesmo tempo, um limite de sinal-ruído reduzido para detecção poderia permitir que mais sinais fossem selecionados dos espectros (embora isso significasse mais falsos positivos, também). Além disso, Komacek e seus colegas observam que esses resultados se aplicam apenas a recursos que estão abaixo da camada de nuvens em exoplanetas:"Como o vapor de água fica principalmente preso abaixo do nível de nuvem de água, a forte cobertura de nuvens em planetas orbitando estrelas anãs vermelhas torna incrivelmente desafiador detectar características de água. Mais importante, espera-se que o JWST ainda seja capaz de restringir a presença de constituintes atmosféricos chave, como dióxido de carbono e metano, em apenas uma dúzia de trânsitos. "

p Mais uma vez, esses resultados são apoiados por pesquisas anteriores. Ano passado, um estudo da Universidade de Washington examinou a detectabilidade e as características dos planetas TRAPPIST-1 e descobriu que as nuvens provavelmente não terão um impacto significativo na detectabilidade das características de oxigênio e ozônio - duas bioassinaturas principais que estão associadas à presença de vida .

p Então realmente, o JWST pode apenas ter dificuldade em detectar vapor de água em atmosferas de exoplanetas, pelo menos no que diz respeito à cobertura de nuvens densas. O JWST não deve ter problemas em farejar outras bioassinaturas, nuvens ou sem nuvens. Espera-se que grandes coisas venham de Webb, O telescópio espacial mais poderoso e sofisticado da NASA até hoje, e tudo começará no próximo ano.