Chegou a hora do Telescópio Espacial James Webb levar a astronomia de exoplanetas para os confins. Os pesquisadores europeus têm feito muito trabalho de preparação para este momento.
Desde seu lançamento em 25 de dezembro de 2021 a bordo de um foguete Ariane 5 da Guiana Francesa e após 30 anos de fabricação, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) é o presente de Natal para os astrônomos que continua dando.

Como muitos astrônomos na Europa, Pierre-Olivier Lagage, astrofísico da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA), com sede em Paris, vem se preparando para o JWST há anos.

Um projeto conjunto com a NASA, a Agência Espacial Canadense (CSA) e a Agência Espacial Européia (ESA), o JWST começou a transmitir suas primeiras imagens do cosmos em julho de 2022, depois de chegar ao seu ponto de vista a 1,5 milhão de quilômetros da Terra e desfraldar sua protetor solar gigante distinto.

Um digno sucessor do icônico Telescópio Espacial Hubble, o JWST de € 10 bilhões tem grandes objetivos científicos. Estes incluem o estudo do universo inicial logo após o Big Bang, galáxias e formação de estrelas, buracos negros, nosso próprio sistema solar e a busca pelos blocos de construção da vida no universo.

Mina de ouro científica

"Um exoplaneta é um planeta que orbita uma estrela que não seja o Sol", disse Lagage.

Lagage é o investigador principal do projeto Exoplanet Atmosphere New Emission Transmission Spectra Analysis, ou ExoplANETS A, financiado pelo H2020. Ele e seus colegas desenvolveram uma ferramenta de dados para explorar a riqueza de dados espectroscópicos existentes de missões anteriores para estudar exoplanetas.

Desde o início, a astronomia de exoplanetas descobriu milhares de exoplanetas nos últimos 20 anos. Agora, a instrumentação de espectroscopia do JWST oferece uma oportunidade sem precedentes para estudar exoplanetas para as assinaturas químicas da vida em sua atmosfera.

A espectroscopia de exoplanetas em trânsito é uma das principais técnicas na astronomia de exoplanetas. Quando um planeta em órbita se move na frente de sua estrela em relação ao observador, o espectro de luz da estrela muda à medida que passa pela atmosfera do planeta. Quando as mudanças na luz são detectadas, elas indicam a composição química da atmosfera do planeta e se é provável que ela suporte vida ou não.

Os Exoplanetas Uma ferramenta usa análise de dados para permitir que os astrônomos caracterizem uma ampla gama de atmosferas de exoplanetas. Os astrônomos que usam o JWST provavelmente acharão isso útil para ajudar suas próprias observações, indicando quais informações provavelmente serão úteis e o que provavelmente será ruído.

Uma desvantagem das observações espectroscópicas é que, embora sejam uma mina de ouro de informações, o sinal é misturado com muito ruído. Informações inúteis não relacionadas à atmosfera do exoplaneta podem obscurecer os dados valiosos da observação.

Ruído sistemático

Isso ocorre porque o sinal criado pela atmosfera planetária é minúsculo em comparação com o restante da luz proveniente da estrela, segundo Lagage. "Então, você precisa desenvolver ferramentas para remover esse ruído sistemático e obter o sinal certo", disse ele.

O projeto Exoplanets A vai mais longe. Para modelar a atmosfera de um exoplaneta, você também precisa ter uma boa compreensão de sua estrela hospedeira. Para ajudar nisso, o projeto criou um banco de dados das propriedades das estrelas com exoplanetas. Foi feito com dados arquivados do observatório espacial XMM-Newton e Gaia da ESA.

As observações iniciais do exoplaneta do JWST foram do planeta gigante gasoso quente WASP-39b, descrito como um "Júpiter quente". Ele orbita uma estrela parecida com o Sol a 700 anos-luz de distância. No mês passado, usando espectroscopia, o JWST fez a primeira observação confirmada de dióxido de carbono em um exoplaneta.

Pegado em um TRAPPIST-1

O projeto ESCAPE (Exploring Shortcuts for the Characterization of the Atmospheres of Planets similar to Earth) também tem procurado atalhos para ajudar a caracterizar as atmosferas de exoplanetas semelhantes à Terra.

Martin Turbet, astrofísico do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) e investigador principal do projeto ESCAPE financiado pelo H2020, disse que isso exigia explorar novas técnicas de observação, usando diferentes telescópios terrestres e espaciais.

Por exemplo, os astrônomos vêm desenvolvendo novos métodos para calcular a densidade dos planetas que orbitam TRAPPIST-1, uma estrela anã vermelha ultra-fria a cerca de 40 anos-luz do nosso sistema solar.

Descoberto inicialmente em 2000, mais tarde foi anunciado em 2017 que a estrela TRAPPIST-1 hospeda sete pequenos exoplanetas, orbitando em formação apertada, pelo menos alguns dos quais podem ser habitáveis.

Para calcular a densidade de um planeta, você precisa conhecer seu raio e massa. O dimensionamento do planeta pode ser feito usando observações espectroscópicas. A massa pode ser calculada observando o efeito da atração gravitacional do planeta em sua estrela hospedeira.

Pesando exoplanetas

"Esta é a maneira clássica de medir o peso de um planeta", disse Turbet. "Mas no caso dos planetas TRAPPIST-1, a massa dos planetas é tão pequena que a técnica clássica não funciona."

No entanto, o sistema TRAPPIST-1 é peculiar porque os sete planetas orbitam muito próximos uns dos outros e exercem fortes forças gravitacionais uns sobre os outros, disse ele.

Isso afeta suas órbitas e significa que eles não passam ou transitam na frente de sua estrela hospedeira em pontos de tempo fixos.

Medir os desvios nesses tempos de trânsito permitiu aos pesquisadores avaliar a força das forças gravitacionais entre os planetas e avaliar suas massas, disse Turbet.

Graças a esta técnica, eles dizem que agora são capazes de fazer as previsões mais precisas até agora do conteúdo de água dos sete planetas conhecidos no sistema TRAPPIST-1.

As observações e cálculos de massa, densidade e conteúdo de água foram feitos usando telescópios terrestres – como o telescópio SPECULOOS no Observatório Europeu do Sul (ESO) no Chile, telescópios espaciais e novos trabalhos teóricos.

Turbet disse que o JWST e o planejado Extremely Large Telescope (ELT) poderiam ser capazes de detectar potenciais sinais de vida, conhecidos como biomarcadores, em atmosferas de exoplanetas.

Ele advertiu, no entanto, que estes "não podem ser usados ​​como prova definitiva de que há vida no planeta". Isso ocorre porque trabalhos recentes mostraram que biomarcadores, como o oxigênio, podem ser formados sem vida.

Luz das estrelas refletida

Turbet e seus colegas também estão investigando uma nova técnica de espectroscopia, conhecida como espectroscopia de luz refletida. Em vez de analisar como a luz de uma estrela muda à medida que um planeta passa na frente dela, esse método analisa como a luz da estrela é refletida pela atmosfera do planeta.

Os modelos de conteúdo de água e atmosferas planetárias também ajudarão nas observações do JWST, disse Turbet. Eles permitirão aos astrônomos planejar suas observações para maximizar a coleta de dados de interesse genuíno.

Dito isto, a pesquisa de exoplanetas não se trata apenas de procurar vida alienígena. Os exoplanetas também podem nos fornecer informações sobre a história da Terra e como sua atmosfera se desenvolveu, de acordo com Lagage.

“O que mais me interessa é a atmosfera de exoplanetas do tamanho da super-Terra e da Terra”, disse ele. + Explorar mais

Primeira imagem de exoplaneta do Telescópio Espacial James Webb revelada