Cientistas criam guia para identificar planetas habitáveis no universo através do Telescópio Espacial James Webb

Um grupo de cientistas internacionais, do qual faz parte Alexandre Correia, investigador do Centro de Física da Universidade de Coimbra (CFisUC), criou um guia para identificar planetas habitáveis no universo através do Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA.

Este roteiro, publicado na Nature Astronomy, apresenta passo a passo as etapas para tentar superar os desafios que enfrentaram ao estudar o sistema TRAPPIST-1, melhorando a eficiência da recolha de dados para beneficiar a comunidade astronómica global.

«Uma comunidade inteira de especialistas uniu-se para enfrentar estes desafios complexos e interdisciplinares para projetar a primeira estratégia observacional multianual para dar ao JWST capacidade de identificar planetas habitáveis», diz Julien de Wit, professor do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT e um dos principais autores do artigo.

Localizado a 41 anos-luz da Terra, o sistema TRAPPIST-1 e seus sete planetas apresentam uma oportunidade única de estudar um grande sistema com vários planetas de diferentes composições, semelhantes ao nosso próprio sistema solar.

«É um alvo de sonho: não há um, mas talvez três planetas na zona habitável. Tem de existir uma maneira de os comparar no mesmo sistema», diz René Doyon da Université de Montréal. «Existem apenas cinco planetas rochosos conhecidos que são temperados e bem caracterizados, para os quais esperamos detetar a sua atmosfera, e a maioria deles está dentro do sistema TRAPPIST-1».

Os planetas do sistema TRAPPIST têm períodos orbitais curtos. Por isso, os seus trânsitos em frente da estrela sobrepõem-se com frequência. Os tempos de observação dos trânsitos estão geralmente atribuídos em janelas de cinco horas e, quando programados corretamente, quase metade deles pode capturar pelo menos dois trânsitos em simultâneo.

Além disso, como explica Alexandre Correia, «os períodos dos planetas neste sistema apresentam comensurabilidades, conhecidas por ressonância de Laplace, que nos permitem obter uma melhor caracterização dos parâmetros orbitais e dão-nos informações sobre o processo de formação e de evolução”.

As estrelas não são uniformes; as suas superfícies podem variar em temperatura, criando pontos que podem ser mais quentes ou mais frios. As moléculas como vapor de água podem condensar em pontos frios e interferir nos espectros de transmissão. Informações estelares como estas podem ser difíceis de separar do sinal planetário e fornecer falsas indicações da composição atmosférica de um planeta, criando o que é conhecido como "contaminação estelar". Embora muitas vezes ignorado, as capacidades do JWST revelaram os desafios que a contaminação estelar introduz ao estudar as atmosferas planetárias.

Ben Rackham, investigador da EAPS, enfrentou esses desafios na sua investigação inicial de doutoramento sobre pequenos exoplanetas usando os Telescópios Magellan, no Chile. Agora, o problema repete-se com os novos dados do JWST. «Como previmos anteriormente com dados de telescópios terrestres, as primeiras assinaturas espectrais que obtivemos com o JWST não fazem muito sentido em termos de uma interpretação planetária», observa. «As características não são o que esperaríamos ver e mudam de trânsito para trânsito».

Os investigadores Rackham e David Berardo, também da EAPS, têm trabalhado com de Wit de forma a corrigir a contaminação estelar usando dois métodos diferentes: melhorando modelos de espectros estelares e usando observações diretas para derivar correções.

«Ao observar a rotação da estrela, podemos usar a sensibilidade do JWST para obter uma imagem mais clara de como é a sua superfície, permitindo uma medição mais precisa da atmosfera dos planetas que a transitam», diz Berardo. Tal, combinado com o estudo de trânsitos consecutivos, conforme proposto no roteiro, a recolha de dados úteis sobre a estrela pode ser usada para filtrar a contaminação estelar de estudos passados e futuros.

O roteiro atual nasceu dos esforços da TRAPPIST JWST Community Initiative para reunir programas separados focados em planetas individuais, o que os impediu de alavancar as janelas de observação de trânsitos ideais.

«Entendemos desde o início que este esforço poderia ajudar a evitar as armadilhas de eficiência de pequenos programas de observação. Esperamos que um esforço comunitário em larga escala, guiado pelo roteiro, possa iniciar-se para produzir resultados num ritmo mais oportuno», concluem os investigadores.

O artigo científico “A roadmap for the atmospheric characterization of terrestrial exoplanets with JWST” está disponível aqui.