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O exoplaneta temperado LHS 1140 b pode ser um mundo completamente coberto de gelo (esquerda) semelhante à lua Europa de Júpiter ou pode ser um mundo de gelo com um oceano subestelar líquido e uma atmosfera nublada (centro). O LHS 1140 b tem 1,7 vezes o tamanho do nosso planeta Terra (direita) e é o exoplaneta de zona habitável mais promissor já encontrado na busca por água líquida além do Sistema Solar. Crédito: Benoit Gougeon, Université de Montréal
Uma equipe de astrônomos fez uma descoberta emocionante sobre o clima temperado exoplaneta LHS 1140 b: pode ser uma promissora “super-Terra” coberta de gelo ou água.
LHS 1140 b, que já foi considerado um mini-Netunoé agora considerada uma possível super-Terra com uma atmosfera rica em nitrogênio, como sugerido por Telescópio Espacial James Webb dados. Localizado em uma zona habitável, pode ter condições favoráveis para água líquida, tornando-se um foco importante para futuros estudos astrobiológicos.
Quando foi descoberto pela primeira vez, os astrônomos especularam que o exoplaneta LHS 1140 b poderia ser um mini-Netuno. Isso significa que seria um planeta essencialmente gasoso, mas muito pequeno em tamanho comparado a Netuno. No entanto, após analisar dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST) coletados em dezembro de 2023 — combinados com dados anteriores de outros telescópios espaciais como Spitzer, Hubble e TESS — os cientistas chegaram a uma conclusão muito diferente.
Localizado a cerca de 48 anos-luz da Terra na constelação de Cetus, LHS 1140 b parece ser um dos exoplanetas mais promissores na zona habitável de sua estrela, potencialmente abrigando uma atmosfera e até mesmo um oceano de água líquida. Os resultados desta descoberta por astrônomos da Université de Montréal estão disponíveis no ArXiv e em breve serão publicados em O Cartas de revistas astrofísicas.
Como o telescópio espacial mais avançado até o momento, o Telescópio Espacial James Webb se destaca no estudo de exoplanetas. Sua tecnologia de ponta permite que astrônomos sondem as atmosferas de mundos distantes, analisando sua composição e avaliando seu potencial para sustentar vida. Crédito: Northrup Grumman
Um exoplaneta na zona 'Cachinhos Dourados'
LHS 1140 b, um exoplaneta orbitando uma estrela anã vermelha de baixa massa, aproximadamente um quinto do tamanho do Sol, cativou cientistas por ser um dos exoplanetas mais próximos do nosso Sistema Solar que fica dentro da zona habitável de sua estrela. Os exoplanetas encontrados nesta “Zona Cachinhos Dourados” têm temperaturas que permitiriam que a água existisse neles na forma líquida — a água líquida sendo um elemento crucial para a vida como a conhecemos na Terra.
No início deste ano, pesquisadores liderados por Charles Cadieux, um aluno de doutorado no Instituto Trottier de Pesquisa em Exoplanetas (iREx) da UdeM, supervisionado pelo professor René Doyon, relataram novas estimativas de massa e raio para LHS 1140 b com precisãocomparáveis aos dos conhecidos planetas TRAPPIST-1: 1,7 vezes o tamanho da Terra e 5,6 vezes sua massa.
Charles Cadieux, aluno de doutorado no Instituto Trottier para Pesquisa em Exoplanetas e na Université de Montréal, é o autor principal do artigo. Crédito: Cortesia
Uma das questões críticas sobre o LHS 1140 b era se ele é um exoplaneta do tipo mini-Netuno (um pequeno gigante gasoso com uma atmosfera espessa e rica em hidrogênio) ou uma super-Terra (um planeta rochoso maior que a Terra). Este último cenário incluía a possibilidade de um chamado “mundo Hycean” com um oceano líquido global envolto por uma atmosfera rica em hidrogênio que exibiria um sinal atmosférico distinto que poderia ser observado usando o poderoso Telescópio Webb.
Novos insights da Webb Data
Por meio de um processo extremamente competitivo, a equipe de astrônomos obteve valioso “tempo discricionário do diretor” (DDT) em Webb em dezembro passado, durante o qual dois trânsitos de LHS 1140 b foram observados com o instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) construído no Canadá. Este programa DDT é apenas o segundo dedicado ao estudo de exoplanetas nos quase dois anos de operações de Webb, ressaltando a importância e o impacto potencial dessas descobertas.
A análise dessas observações excluiu fortemente o cenário mini-Netuno, com evidências tentadoras sugerindo que o exoplaneta LHS 1140 b é uma super-Terra que pode até ter uma atmosfera rica em nitrogênio. Se esse resultado for confirmado, LHS 1140 b seria o primeiro planeta temperado a mostrar evidências de uma atmosfera secundária, formada após a formação inicial do planeta.
Estimativas baseadas em todos os dados acumulados revelam que LHS 1140 b é menos denso do que o esperado para um planeta rochoso com uma composição semelhante à da Terra, sugerindo que 10 a 20 por cento de sua massa pode ser composta de água. Esta descoberta aponta para LHS 1140 b sendo um mundo aquático atraente, provavelmente se assemelhando a um planeta bola de neve ou gelo com um potencial oceano líquido no ponto subestelar, a área da superfície do planeta que estaria sempre voltada para a estrela hospedeira do sistema devido à rotação síncrona esperada do planeta (muito parecida com a Lua da Terra).
René Doyon. Crédito: Amélie Philibert, Universidade de Montreal
“De todos os exoplanetas temperados atualmente conhecidos, LHS 1140 b pode muito bem ser nossa melhor aposta para um dia confirmar indiretamente água líquida na superfície de um mundo alienígena além do nosso Sistema Solar”, disse Cadieux, autor principal do novo estudo. “Este seria um marco importante na busca por exoplanetas potencialmente habitáveis.”
Possível presença de uma atmosfera e de um oceano
Embora ainda seja apenas um resultado provisório, a presença de uma atmosfera rica em nitrogênio em LHS 1140 b sugeriria que o planeta reteve uma atmosfera substancial, criando condições que podem suportar água líquida. Essa descoberta favorece o cenário de mundo aquático/bola de neve como o mais plausível.
Os modelos atuais indicam que se LHS 1140 b tiver uma atmosfera semelhante à da Terra, seria um planeta bola de neve com um vasto oceano em forma de “alvo” medindo cerca de 4.000 quilômetros de diâmetro, equivalente à metade da área da superfície do Oceano Atlântico. A temperatura da superfície no centro deste oceano alienígena poderia ser até mesmo confortáveis 20 graus Celsius.
A atmosfera potencial do LHS 1140 b e as condições favoráveis para água líquida o tornam um candidato excepcional para futuros estudos de habitabilidade. Este planeta fornece uma oportunidade única para estudar um mundo que poderia suportar vida, dada sua posição na zona habitável de sua estrela e a probabilidade de ter uma atmosfera que pode reter calor e suportar um clima estável.
Vários anos de observação pela frente
Confirmar a presença e composição da atmosfera do LHS 1140 b e discernir entre os cenários de planeta bola de neve e planeta oceano em formato de alvo requer observações adicionais. A equipe de pesquisa enfatizou a necessidade de medições adicionais de trânsito e eclipse com o Telescópio Webb, focando em um sinal específico que poderia revelar a presença de dióxido de carbono. Esse recurso é crucial para entender a composição atmosférica e detectar potenciais gases de efeito estufa que poderiam indicar condições habitáveis no exoplaneta.
“Detectar uma atmosfera semelhante à da Terra em um planeta temperado está levando as capacidades do Webb ao limite – é viável; só precisamos de muito tempo de observação”, disse Doyon, que também é o principal investigador do instrumento NIRISS. “A sugestão atual de uma atmosfera rica em nitrogênio implora por confirmação com mais dados. Precisamos de pelo menos mais um ano de observações para confirmar que o LHS 1140 b tem uma atmosfera, e provavelmente mais dois ou três para detectar dióxido de carbono.” De acordo com Doyon, o Telescópio Webb provavelmente terá que observar esse sistema em todas as oportunidades possíveis por vários anos para determinar se o LHS 1140 b tem condições de superfície habitáveis.
Dada a visibilidade limitada do LHS 1140 b com o Webb — são possíveis no máximo apenas oito visitas por ano — os astrônomos precisarão de vários anos de observações para detectar dióxido de carbono e confirmar a presença de água líquida na superfície do planeta.
Referência: “Espectroscopia de transmissão do exoplaneta da zona habitável LHS 1140 b com JWST/NIRISS” por Charles Cadieux, René Doyon, Ryan J. MacDonald, Martin Turbet, Étienne Artigau, Olivia Lim, Michael Radica, Thomas J. Fauchez, Salma Salhi, Lisa Dang, Loïc Albert, Louis-Philippe Coulombe, Nicolas B. Cowan, David Lafrenière, Alexandrine L'Heureux, Caroline Piaulet, Björn Benneke, Ryan Cloutier, Benjamin Charnay, Neil J. Cook, Marylou Fournier-Tondreau, Mykhaylo Plotnykov, Diana Valencia, Aceito, Cartas do Jornal Astrofísico.
arXiv:2406.15136
Cadieux é doutorando no Instituto Trottier de Pesquisa sobre Exoplanetas (iREx) da Universidade de Montreal.
Outros pesquisadores do iREx que contribuíram para este artigo são René Doyon (UdeM), Étienne Artigau (UdeM), Olivia Lim (UdeM), Michael Radica (UdeM), Salma Salhi (UdeM), Lisa Dang (UdeM), Loïc Albert (UdeM), Louis-Philippe Coulombe (UdeM), Nicolas Cowan (McGill), David Lafrenière (UdeM), Alexandrine L'Heureux (UdeM), Caroline Piaulet-Ghorayeb (UdeM), Björn Benneke (UdeM), Neil Cook (UdeM) e Marylou Fournier-Tondreau (UdeM e Universidade de Oxford). Os colaboradores adicionais são da Universidade de Michigan, Centro nacional de pesquisa científica (França), NASA Goddard Space Flight Center, American University, McGill University, McMaster University e University of Toronto. Cadieux e a equipe da UdeM reconhecem o apoio financeiro da Canadian Space Agency para este estudo.