Três dos planetas TRAPPIST-1 - TRAPPIST-1e, f e g - residem na chamada "zona habitável" de sua estrela. Crédito:NASA/JPL O sistema solar TRAPPIST-1 gerou um grande interesse quando foi observado há vários anos. Em 2016, astrônomos usando o Telescópio Pequeno de Planetas em Trânsito e Planetesimais (TRAPPIST) no Observatório de La Silla, no Chile, detectaram dois planetas rochosos orbitando a estrela anã vermelha, que recebeu o nome de TRAPPIST-1. Então, em 2017, uma análise mais profunda encontrou outros cinco planetas rochosos.
Foi uma descoberta notável, especialmente porque até quatro deles poderiam estar à distância certa da estrela para conter água líquida.
O sistema TRAPPIST-1 ainda recebe muita atenção científica. Potenciais planetas semelhantes à Terra na zona habitável de uma estrela são como ímãs para cientistas planetários.
Encontrar sete deles num sistema é uma oportunidade científica única para examinar todos os tipos de questões interligadas sobre a habitabilidade dos exoplanetas. TRAPPIST-1 é uma anã vermelha, e uma das questões mais importantes sobre a habitabilidade dos exoplanetas diz respeito às anãs vermelhas (anãs M). Será que estas estrelas e as suas poderosas explosões afastam as atmosferas dos seus planetas?
Nova pesquisa aceita para publicação no Planetary Science Journal e disponível no servidor de pré-impressão arXiv , examina o escape atmosférico nos planetas TRAPPIST-1. Seu título é "As Implicações do Escape Atmosférico Hidrodinâmico Térmico nos Planetas TRAPPIST-1". Megan Gialluca, estudante de pós-graduação do Departamento de Astronomia e Programa de Astrobiologia da Universidade de Washington, é a autora principal.
A maioria das estrelas da Via Láctea são anãs M. Como o TRAPPIST-1 deixa claro, eles podem hospedar muitos planetas terrestres. Planetas grandes, do tamanho de Júpiter, são comparativamente raros em torno deste tipo de estrelas.
É uma possibilidade distinta que a maioria dos planetas terrestres estejam em órbita em torno de anãs M.
Conceitos artísticos dos sete planetas do TRAPPIST-1 com seus períodos orbitais, distâncias de suas estrelas, raios e massas em comparação com os da Terra. Crédito:NASA/JPL
Mas a queima das anãs M é um problema conhecido. Embora as anãs M sejam muito menos massivas que o nosso Sol, as suas explosões são muito mais energéticas do que qualquer coisa que venha do Sol. Algumas erupções anãs M podem duplicar o brilho da estrela em apenas alguns minutos.
Outro problema é o bloqueio das marés. Como as anãs M emitem menos energia, as suas zonas habitáveis estão muito mais próximas do que as zonas em torno de uma estrela da sequência principal como o nosso Sol. Isso significa que planetas potencialmente habitáveis têm muito mais probabilidade de estarem bloqueados pelas marés às suas estrelas.
Isso cria uma série de obstáculos à habitabilidade. Um lado do planeta suportaria o impacto das chamas e seria aquecido, enquanto o outro lado ficaria perpetuamente escuro e frio. Se houver atmosfera, poderá haver ventos extremamente fortes.
“Como as anãs M são as estrelas mais comuns na nossa vizinhança estelar local, se os seus sistemas planetários podem abrigar vida é uma questão chave na astrobiologia que pode ser passível de testes observacionais no curto prazo”, escrevem os autores. “Alvos planetários terrestres de interesse para caracterização atmosférica com hospedeiros anões M podem ser acessíveis com o JWST”, explicam.
Eles também apontam que futuros grandes telescópios terrestres, como o European Extremely Large Telescope e o Giant Magellan Telescope, também poderiam ajudar, mas ainda estão a anos de estarem operacionais.
As anãs vermelhas e seus planetas são mais fáceis de observar do que outras estrelas e seus planetas. As anãs vermelhas são pequenas e fracas, o que significa que a sua luz não abafa os planetas tanto como outras estrelas da sequência principal. Mas apesar da sua menor luminosidade e tamanho reduzido, apresentam desafios à habitabilidade.
As anãs M têm uma fase pré-sequência principal mais longa do que outras estrelas e são mais brilhantes durante este período. Uma vez na sequência principal, eles aumentam a atividade estelar em comparação com estrelas como o nosso sol. Esses fatores podem afastar as atmosferas dos planetas próximos. Mesmo sem queima, o planeta mais próximo de TRAPPIST-1 (doravante T-1) recebe quatro vezes mais radiação que a Terra.
“Além da evolução da luminosidade, o aumento da atividade estelar também aumenta o XUV estelar das estrelas anãs M, o que aumenta a perda atmosférica”, escrevem os autores. Isto também pode dificultar a compreensão dos espectros das atmosferas planetárias, criando falsos positivos de bioassinaturas. Espera-se que os exoplanetas em torno das anãs M tenham atmosferas espessas dominadas por oxigênio abiótico.
Nesta investigação, os autores tiveram em conta o conteúdo de água atual previsto para cada um dos planetas exteriores e depois trabalharam de trás para frente para compreender o seu conteúdo de água inicial. Esta figura mostra “A probabilidade de cada conteúdo inicial de água (em TO) necessário para reproduzir o conteúdo atual de água previsto para cada um dos planetas exteriores”, escrevem os autores. Os quatro planetas exteriores teriam começado com enormes quantidades de água em comparação com a Terra. Crédito:Gialluca et al, 2024
Apesar dos desafios, o sistema T-1 é uma grande oportunidade para estudar anãs M, fuga atmosférica e habitabilidade de planetas rochosos. “TRAPPIST-1 é um alvo de alta prioridade para observações gerais e de tempo garantido do JWST”, escrevem os autores. O JWST observou partes do sistema T-1 e esses dados fazem parte deste trabalho.
Neste trabalho, os investigadores simularam atmosferas iniciais para cada um dos planetas TRAPPIST-1 (doravante T-1), incluindo diferentes quantidades iniciais de água expressas em Oceanos Terrestres (TO). Eles também modelaram diferentes quantidades de radiação estelar ao longo do tempo. Suas simulações usaram os dados mais recentes para os planetas T-1 e usaram uma variedade de diferentes trilhas de evolução planetária.
Os resultados não são bons, especialmente para os planetas mais próximos da anã vermelha.
"Descobrimos que os planetas interiores T1-b, c e d estão provavelmente dessecados para todos, exceto para o maior conteúdo inicial de água (> 60, 50 e 30 TO, respectivamente) e correm o maior risco de perda atmosférica completa devido à sua proximidade com a estrela hospedeira", explicam os pesquisadores. No entanto, dependendo do seu TO inicial, eles poderiam reter oxigênio significativo. Esse oxigênio pode ser um falso positivo para bioassinaturas.
Os planetas exteriores se saem um pouco melhor. Eles poderiam reter parte de sua água, a menos que sua água inicial fosse baixa em cerca de 1 TO. “Descobrimos que T1-e, f, g e h perdem, no máximo, aproximadamente 8,0, 4,8, 3,4 e 0,8 TO, respectivamente”, escrevem eles. Esses planetas externos provavelmente também têm mais oxigênio do que os planetas internos. Como T1-e, f e g estão na zona habitável da estrela, é um resultado intrigante.
O T-1c é de particular interesse porque, em suas simulações, retém a maior parte do oxigênio atmosférico, independentemente de o TO inicial ser alto ou baixo.
A habitabilidade potencial dos planetas T-1 é uma questão importante na ciência dos exoplanetas. O tipo de estrela, o número de planetas rochosos e a facilidade de observação colocam-na no topo da lista de alvos de observação. Nunca compreenderemos realmente a habitabilidade dos exoplanetas se não conseguirmos compreender este sistema. A única maneira de entendê-lo melhor é observá-lo mais detalhadamente.
“Estas conclusões motivam observações de acompanhamento para procurar a presença de vapor de água ou oxigénio em T1-c e observações futuras dos planetas exteriores no sistema TRAPPIST-1, que podem possuir água substancial”, escrevem os autores na sua conclusão.
