TRAPPIST-1 c: Um Olhar Mais Próximo na Sua Atmosfera

Sete planetas rochosos estão orbitando a estrela anã próxima TRAPPIST-1. Essa situação é empolgante porque permite que os cientistas estudem as Atmosferas de pequenos planetas fora do nosso Sistema Solar. O Telescópio Espacial James Webb (JWST) foi lançado recentemente, possibilitando detectar gases como dióxido de carbono (CO2) nas atmosferas desses mundos distantes.

#Observações de TRAPPIST-1 b e TRAPPIST-1 c

Os cientistas focaram em TRAPPIST-1 b, o planeta mais próximo da estrela, e descobriram que provavelmente é uma rocha nua sem CO2. Neste estudo, reportamos as observações de TRAPPIST-1 c, onde detectamos emissões térmicas de seu lado iluminado. Analisando isso, calculamos a razão de fluxo entre o planeta e a estrela, nos dando informações importantes sobre a temperatura do lado iluminado de TRAPPIST-1 c.

#Implicações dos Resultados

A temperatura que calculamos sugere que TRAPPIST-1 c provavelmente não tem uma atmosfera espessa rica em CO2. Nossos dados descartaram misturas sem nuvens de oxigênio e CO2 com várias pressões de superfície. Mesmo uma atmosfera parecida com a de Vênus, com nuvens, foi considerada improvável. Isso nos leva a pensar que o planeta pode ter uma atmosfera fina ou talvez nenhuma atmosfera. A ausência de uma atmosfera espessa sugere uma história de formação que careceu de compostos voláteis, indicando que pode ter menos água do que a encontrada nos oceanos da Terra. Se isso for verdade para TRAPPIST-1 c, pode também ser o caso para outros planetas do mesmo sistema.

#O Mistério das Atmosferas Planetárias

Os exoplanetas terrestres e suas composições atmosféricas ainda são em grande parte desconhecidos. Fatores que determinam a composição de uma atmosfera incluem o inventário volátil inicial, a atividade vulcânica e o potencial de Fuga atmosférica. Planetas ao redor de anãs M, como TRAPPIST-1, podem ser especialmente vulneráveis à perda de suas atmosferas ao longo do tempo. Para descobrir se um planeta tem uma atmosfera, precisamos estudá-lo diretamente através de métodos como Emissão Térmica, luz refletida ou espectros de transmissão.

Nosso conhecimento sobre atmosferas veio principalmente do estudo das emissões térmicas de planetas como LHS 3844 b e GJ 1252 b. Essas observações mostraram temperaturas do lado iluminado que sugerem distribuição mínima de calor e nenhuma absorção atmosférica significativa de CO2. Por causa disso, estudar planetas mais frios como TRAPPIST-1 c pode trazer informações valiosas sobre a retenção atmosférica.

#Metodologia das Observações

Realizamos observações durante quatro Eclipses diferentes de TRAPPIST-1 c usando o Instrumento Infravermelho Médio (MIRI) do JWST. As observações duraram vários dias em outubro e novembro de 2022. Cada visita teve cerca de 192 minutos e incluiu medidas feitas durante e fora do eclipse. Utilizamos um filtro específico que nos permite capturar emissões em torno de 15 micrômetros, onde uma característica significativa de absorção de CO2 está localizada. No total, coletamos mais de 1.000 integrações durante essas observações.

#Redução de Dados

Analisamos e processamos os dados de várias maneiras usando software personalizado e ferramentas disponíveis ao público. Cada método focou em extrair curvas de luz das observações. Depois, comparamos essas curvas de luz com um modelo do eclipse, levando em conta o ruído do sistema. No final, os resultados de diferentes análises forneciam estimativas consistentes para as profundidades dos eclipses.

#Análise da Curva de Luz do Eclipse

A curva de luz do eclipse secundário medida nas quatro visitas exibiu um padrão específico. Agrupamos os dados para visualizar melhor o eclipse e ajustamos um modelo para estimar mais precisamente a profundidade final do eclipse. Também consideramos erros de várias fontes e incluímos isso em nossos cálculos de incerteza.

#Temperatura de Brilho

A partir da profundidade do eclipse observada, calculamos a temperatura de brilho de TRAPPIST-1 c. Nossa temperatura medida foi consideravelmente mais fria do que a de alguns outros planetas rochosos. Essa descoberta posiciona TRAPPIST-1 c entre os planetas internos do nosso Sistema Solar, indicando que não é tão quente quanto Mercúrio, mas também não tão frio quanto Vênus.

#Explorando Modelos Atmosféricos Possíveis

Comparávamos nosso brilho medido com diferentes modelos atmosféricos para ver quais cenários combinavam com nossas constatações. Isso incluía modelos dominados por oxigênio sem nuvens e atmosferas puras de CO2, considerando várias pressões de superfície e composições.

Para planetas rochosos quentes orbitando estrelas do tipo M, uma mistura de oxigênio e CO2 é esperada, à medida que a água se decompõe ao longo do tempo. Descartamos atmosferas espessas e altas pressões com base nos dados observados.

#Comparação com Atmosferas Semelhantes a Vênus

Dado que TRAPPIST-1 c recebe um pouco mais de insolação do que Vênus, nos perguntamos se ambos os planetas poderiam ter propriedades atmosféricas semelhantes. Modelamos diferentes composições atmosféricas semelhantes a Vênus e analisamos suas emissões. Nossas descobertas indicaram que tais atmosferas eram improváveis em TRAPPIST-1 c, embora os casos nublados apresentassem concordância moderada com nossos dados.

#Comparações de Superfícies Rochosas Nuas

Depois de modelar várias superfícies rochosas nuas para ver como se encaixavam em nossos dados, descobrimos que todas as superfícies poderiam potencialmente se alinhar com nossas descobertas. Superfícies desgastadas, que poderiam ser mais escuras devido a processos como a intemperização espacial, também pareceram consistentes com nossas medições.

#Resultados de Modelos de Emissão

Simulamos diferentes espectros de emissão para TRAPPIST-1 c para comparar com a profundidade do eclipse medida. Isso incluiu modelos de rocha nua, misturas de oxigênio e CO2, e modelos baseados no que sabemos sobre Vênus. Descobrimos que todos esses modelos forneceram insights sobre possíveis condições atmosféricas.

#Modelos de Fuga Atmosférica

Usamos modelos para estudar como a atmosfera de TRAPPIST-1 c pode ter mudado ao longo do tempo. Ao entender a abundância inicial de água do planeta e quanto escapou, podemos avaliar melhor seu estado atual. Nossas descobertas sugerem que o planeta provavelmente começou com menos água.

#Modelos de Estrutura Interna

Também analisamos a estrutura interna do planeta para entender melhor sua massa, raio e possível composição. O modelo interno indica que TRAPPIST-1 c tem um manto rico em silicatos e um núcleo, fornecendo mais detalhes sobre sua composição.

#Propriedades Estelares e Medidas

Nosso trabalho também envolveu analisar a própria estrela TRAPPIST-1. Ao medir várias propriedades, pudemos relacionar com precisão o brilho da estrela ao do planeta. Essa informação é crucial para calcular temperatura e entender como a estrela influencia seus planetas em órbita.

#Variações de Tempo de Eclipse

Monitoramos como o tempo dos eclipses poderia mudar em relação às previsões. Vários fatores, como o tempo de viagem da luz pelo sistema e a excentricidade do planeta, podem afetar os tempos dos eclipses. Nossas comparações mostram que os tempos observados e previstos se alinham de perto, permitindo que ajustemos estudos futuros sobre a órbita do planeta.

#Conclusão

A pesquisa em torno de TRAPPIST-1 c oferece insights sobre as possíveis atmosferas e condições de exoplanetas rochosos. Os resultados indicam um planeta pobre em voláteis que provavelmente se formou com água limitada e desafia a noção de se planetas menores conseguem reter gases atmosféricos significativos, especialmente ao redor de estrelas anãs M. Mais observações dos outros planetas do sistema TRAPPIST-1 serão vitais para entender a zona habitável e o potencial de vida fora do nosso Sistema Solar.