Telescópio Webb terá visão inédita de misteriosos exoplanetas

Além de observar objetos em nosso próprio sistema solar, o observatório espacial será capaz de explorar o universo distante

Telescópio Webb quase virou sinônimo de exoplanetas ou de mundos que não pertencem ao sistema solar, pois será capaz de observá-los de maneiras exclusivas
Telescópio Webb quase virou sinônimo de exoplanetas ou de mundos que não pertencem ao sistema solar, pois será capaz de observá-los de maneiras exclusivas NASA Goddard Space Flight Center

Ashley Stricklandda CNN

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Quando o telescópio espacial James Webb for lançado em dezembro, astrônomos do mundo todo esperam encontrar o inesperado, de acordo com Sara Seager, astrofísica e cientista planetária do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Além de observar objetos em nosso próprio sistema solar, o observatório espacial será capaz de explorar o universo distante. O Webb quase virou sinônimo de exoplanetas ou de mundos que não pertencem ao sistema solar, pois será capaz de observá-los de maneiras exclusivas.

Uma série de projetos de astrônomos usarão seu tempo reservado com o telescópio para observar uma gama intrigante de exoplanetas. Alguns deles podem ter características semelhantes a planetas que reconhecemos em nosso próprio quintal cosmológico, outros podem ser diametralmente opostos. O Webb não foi projetado para encontrar sinais de vida em outros planetas, mas pode lançar luz sobre os mistérios da evolução planetária, sobre suas atmosferas e a química dentro delas.

O telescópio, que enxerga em luz infravermelha invisível ao olho humano, vai se basear nas observações feitas por outros telescópios espaciais e terrestres para ajudar pesquisadores a entender melhor os planetas totalmente formados, bem como aqueles que ainda estão em formação.

Em nosso sistema solar, o Webb irá estudar nossos planetas vizinhos para ver como eles evoluíram ao longo do tempo em comparação com a Terra.

“Vamos examinar todos os objetos do sistema solar, começando com Marte e indo cada vez mais longe”, afirmou John Mather, cientista sênior do projeto Webb no Goddard Space Flight Center da Nasa em Greenbelt, Maryland. Alguns dos principais objetos de estudo do Webb incluem mundos oceânicos em nosso sistema solar, como a lua de Júpiter, chamada Europa, e a lua de Saturno, Titã, acrescentou o cientista. Missões futuras investigarão se a vida, ou a química que leva à vida, são possíveis nesses mundos.

Espiando atmosferas planetárias

Fora do nosso sistema solar, restam questões maiores ainda. O Webb poderia lançar luz sobre os tipos de planetas que existem fora do nosso minúsculo cantinho do universo. No entanto, ele não irá olhar para a atmosfera de planetas semelhantes à Terra em torno de estrelas como o sol.

Em vez disso, os planetas que o Webb irá observar estão localizados em torno de estrelas muito menores e mais frias, que são muito comuns em nossa galáxia. É possível que esses planetas ainda possam ser habitáveis, disse Klaus Pontoppidan, cientista do projeto Webb no Space Telescope Science Institute, em Baltimore.

Além de observar exoplanetas e suas superfícies, o telescópio será capaz de espiar o interior de suas atmosferas, se elas existirem. Lá, um verdadeiro arco-íris de informações está à espera. Isso porque os gases dentro da atmosfera de um planeta absorvem luz em cores específicas, o que permitirá aos cientistas identificá-los e ver a composição atmosférica de um exoplaneta.

“O Webb representa coisas diferentes para os diversos pesquisadores de exoplanetas mas, para um grande número deles, trata-se da oportunidade de estudar a atmosfera desses exoplanetas”, contou Seager. “Quando um planeta passa na frente de sua estrela, parte da luz da estrela brilha através da atmosfera do planeta. Ao observar o que a luz consegue atravessar e o que fica bloqueado, podemos identificar os gases em uma atmosfera”.

Embora o telescópio espacial Hubble já tenha proporcionado isso aos cientistas, este novo telescópio “nos levará para um próximo nível”, afirmou Seager.

Imagine ver a Terra de longe. Dessa perspectiva, nossa atmosfera parece uma minúscula camada de névoa acima do planeta. É por isso que é tão difícil identificar atmosferas.

“Nosso sonho é estudar planetas rochosos e ver o vapor de água, o que indicaria oceanos de água líquida”, contou Seager. “Se pudéssemos determinar que planetas rochosos com vapor de água são comuns, isso indicaria que planetas rochosos com oceanos de água são comuns. A água é necessária para a sobrevivência de todos os seres vivos. Portanto, isso seria um grande marco”.

Além disso, detectar gases que não são esperados ou compreendidos pode ser uma descoberta ainda mais intrigante, levando a mais perguntas do que respostas, comentou.

O Webb também irá contribuir com mais dados que vão ajudar cientistas a ver planetas em 3D, disse Nikole Lewis, astrofísico e professor assistente de astronomia na Universidade Cornell. Isso inclui temperatura, formação de nuvens e até mesmo a capacidade de entender as condições climáticas que ocorrem em outros planetas, para então criar uma melhor imagem dos ambientes extraterrestres.

“Esta década será realmente a década da compreensão de pequenos planetas em torno de pequenas estrelas e, nas décadas seguintes, estaremos olhando para os pequenos planetas em torno de estrelas como sol”.

Dando close no TRAPPIST-1

Em fevereiro de 2017, astrônomos anunciaram a descoberta de sete planetas do tamanho da Terra orbitando uma estrela a 40 anos-luz de distância. Com a ajuda do telescópio Spitzer, os sete exoplanetas foram encontrados próximos uns dos outros na órbita de uma estrela anã fria chamada TRAPPIST-1.

Três dos planetas estão dentro da zona habitável da estrela, onde a água líquida poderia se acumular na superfície do planeta e, potencialmente, sustentar a vida.

Determinar se os planetas têm atmosferas é a primeira etapa. Atualmente, os planetas orbitam uma estrela anã fria, mas nem sempre estão em condições tão adequadas. A estrela tem metade da temperatura e um décimo da massa do sol. Porém, ela era muito mais quente no início de sua vida, o que poderia ter feito com que os planetas próximos perdessem atmosfera, oceanos ou gelo.

“É como se essas pequenas estrelas anãs vermelhas tivessem uma fase adolescente muito longa e complicada”, explicou Seager. “Durante esse período, elas eram muito quentes e liberavam muita energia. Portanto, um planeta que hoje está na zona habitável foi bombardeado com calor e alta energia, e assim as pessoas pensam que ele possa ter perdido sua atmosfera nesse tempo. Agora, se a atmosfera poderia ou não ser reestabelecida, isso não temos certeza”.

Os pesquisadores que descobriram os planetas TRAPPIST os encontraram usando o método de trânsito. Enquanto observavam a estrela através de um telescópio, os astrônomos viram sombras, como pequenos eclipses, interrompendo periodicamente o padrão constante de luz das estrelas. Isso é chamado de trânsito. As sombras indicavam planetas, e observações adicionais confirmaram a indicação.

A mesma luz estelar usada para detectar planetas passa pela atmosfera do planeta. Quando isso acontece, seria possível para os astrônomos detectar a composição da atmosfera, caso existisse uma. Este método também revela cores que representam diferentes comprimentos de onda de luz.

Ilustrações dos planetas do sistema TRAPPIST / Nasa/ Divulgação

Um dos objetivos do Webb é o TRAPPIST-1e, que é potencialmente habitável. Os pesquisadores irão procurar sinais de uma atmosfera e, em seguida, componentes específicos, como assinaturas de dióxido de carbono ou água, disse Lewis.

“A natureza nos deu uma amostra de sete planetas do tamanho da Terra em um sistema”, contou. “Na ciência do sistema solar, comparamos os planetas uns com os outros e isso nos ajuda a entender como eles se formaram e por que a Terra é o único planeta que atualmente é conhecido por abrigar a vida no sistema solar. Assim, o sistema TRAPPIST vai nos dar a mesma oportunidade em um sistema exoplanetário de olhar para cada um dos planetas”.

O telescópio Webb pode dar uma espiada nas possíveis atmosferas de todos os sete planetas TRAPPIST. Observar esses mundos pode ajudar os cientistas a entender melhor a evolução dos planetas, comentou Seager.

Investigando mundos misteriosos

A gama de planetas que o Webb irá observar é maravilhosamente diversa, incluindo “Júpiteres quentes”, “Netunos quentes”, planetas que são atingidos pelo calor quando orbitam perto de sua estrela, e até mesmo mundos que orbitam estrelas anãs brancas mortas.

Cientistas estão ansiosos para ver mais de perto o Beta Pictoris, um jovem sistema a 63 anos-luz de distância que inclui pelo menos dois planetas e pequenos corpos rochosos embutidos em um disco empoeirado. Outro objetivo para o início da missão é o WASP-18b, um “Júpiter quente” e em chamas com uma atmosfera, de acordo com a Nasa.

O Webb pode revelar os processos físicos que geram a diversidade de exoplanetas, disse Natalie Batalha, professora de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz. Batalha também trabalhou como coinvestigadora e cientista da missão Kepler, que ajudou a encontrar milhares de exoplanetas.

“Uma das conclusões do Kepler é que a diversidade de planetas na galáxia excede em muito a diversidade de planetas em nosso sistema solar”, afirmou Batalha. Acho que isso tem impactos muito significativos no estudo da habitabilidade planetária e onde serão as moradas mais prováveis da vida. Espero que o Webb solucione essa questão e nos dê essa nova visão sobre a diversidade”.

Um mistério são os chamados planetas de núcleo despojado. Imagine um planeta que se formou como o gigante de gelo Netuno, por exemplo, mas próximo de sua estrela. Com o tempo, a camada de hidrogênio do planeta foi removida, deixando um núcleo rochoso que se parece com a Terra, mas que deve ser muito diferente por dentro, disse Batalha.

“Será que esse núcleo despojado leva à vida? É um local adicional para a possibilidade de vida? Não sei”, comentou.

Eles são diferentes de como a atmosfera da Terra se formou. O uso do Webb para definir rastreadores atmosféricos poderia revelar mais sobre esses mundos de núcleo despojado.

Outro mistério descoberto pelo Kepler são os planetas com tamanho entre a Terra e Netuno. Dependendo de seu tamanho exato, eles são chamados de “super-Terras” ou “sub-Netunos”, explicou Johanna Teske, cientista da equipe do Laboratório da Terra e Planetas do Carnegie Institution for Science, em Washington.

Teske é uma das líderes de um projeto com a filha de Batalha, Natasha Batalha, cientista do Centro de Pesquisa Ames da Nasa, para observar 11 desses planetas em torno de oito estrelas. É o maior programa de exoplanetas selecionado para explorar a primeira rodada de observações do Webb.

O Kepler ajudou cientistas a perceberem que “o tipo mais comum de planeta (lá fora) é um que não temos em nosso sistema solar e que faz uma espécie de ponte entre os minúsculos planetas terrestres que orbitam próximo de suas estrelas e os grandes gigantes gasosos que estão um pouco mais longe”, contou Natalie Batalha.

Esses planetas são comuns em torno de estrelas como o sol, frequentemente aparecem em sistemas multiplanetários e parecem ser um resultado muito comum na formação de planetas, disse Teske.

Os cientistas querem entender se esses mundos são mais parecidos com a Terra, com Netuno, ou se são algo totalmente diferente, comentou. Seu projeto foi elaborado para explorar como esses planetas se formaram, bem como sua composição e suas potenciais atmosferas.

É possível que os planetas sejam mundos gasosos, terrestres ou mesmo aquáticos, então a equipe pretende ver se há água em suas atmosferas.

O telescópio espacial James Webb “vai abrir as possibilidades de caracterização atmosférica dos exoplanetas”, afirmou Teske.

(Texto traduzido. Clique aqui para ler o original em inglês).

 

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