Astrónomos confirmam detalhes orbitais do planeta menos compreendido de Trappist-1

Animação do planeta h do sistema TRAPPIST-1.Crédito: NASA/JPL-Caltech

Com o auxílio do Telescópio Espacial Kepler da NASA, cientistas identificaram um padrão regular nas órbitas dos planetas no sistema TRAPPIST-1 que confirmou detalhes suspeitos sobre a órbita do seu planeta mais externo e menos compreendido, TRAPPIST-1h. TRAPPIST-1 tem apenas 8% da massa do nosso Sol, tornando-a numa estrela mais fria e menos luminosa. É o lar de sete planetas do tamanho da Terra, três dos quais orbitam na zona habitável da estrela - a gama de distâncias onde a água líquida pode existir à superfície de um planeta rochoso. O sistema está localizado a cerca de 40 anos-luz de distância na direção da constelação de Aquário e tem uma idade estimada entre 3 e 8 mil milhões de anos.

Esta impressão artística mostra a vista da superfície de um dos planetas do sistema TRAPPIST-1. Há pelo menos sete planetas que orbitam esta estrela anã superfria situada a 40 anos-luz da Terra e todos eles têm aproximadamente o mesmo tamanho da Terra. Vários destes planetas encontram-se à distância certa da sua estrela para poderem ter água líquida à superfície.Crédito: ESO/N. Bartmann/spaceengine.org

Os cientistas anunciaram que o sistema tinha sete planetas do tamanho da Terra numa conferência de passado dia 22 de fevereiro. O Telescópio Espacial Spitzer da NASA, o TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope) no Chile e outros telescópios terrestres foram usados para caracterizar os planetas. Mas a colaboração só tinha uma estimativa para o período de TRAPPIST-1h.  Astrónomos da Universidade de Washington usaram dados do Telescópio Kepler para confirmar que TRAPPIST-1h orbita a sua estrela a cada 19 dias. A 9,6 milhões de quilómetros da sua fria estrela anã, TRAPPIST-1h está localizado para lá da orla externa da zona habitável e é provavelmente demasiado frio para a vida como a conhecemos. A quantidade de energia (por unidade de área) que o planeta h recebe da sua estrela é comparável à que o planeta anão Ceres, localizado na cintura de asteroides entre Marte e Júpiter, recebe do nosso Sol.

Esta impressão de artista mostra o possível aspeto de cada um dos planetas de TRAPPIST-1, com base em dados disponíveis sobre os seus tamanhos, massas e distâncias orbitais.Crédito: NASA/JPL-Caltech

"É incrivelmente emocionante aprender mais sobre este sistema planetário, especialmente sobre o planeta h, do qual mal tínhamos informações até agora," afirma Thomas Zurbuchen, administrador associado do Diretorado de Missões Científicas da NASA, na sede da agência espacial em Washington, EUA. "Esta descoberta é um grande exemplo de como a comunidade científica aproveita o poder de dados complementares das nossas diferentes missões para fazer descobertas tão fascinantes."

"Agradou-me realmente que TRAPPIST-1h estivesse exatamente onde a nossa equipa previu que estava. Durante algum tempo fiquei preocupado que estávamos a ver o que queríamos ver - afinal de contas, neste campo as coisas quase nunca são exatamente o que esperamos ver," comenta Rodrigo Luger, estudante de doutoramento da Universidade de Washington em Seattle e autor principal do estudo publicado na revista Nature Astronomy. "A natureza geralmente esconde uma surpresa ao virar de cada esquina mas, neste caso, a teoria e a observação combinaram perfeitamente."

Ressonância orbital - harmonia entre corpos celestes

Usando os dados anteriores do Spitzer, a equipa reconheceu um padrão matemático na frequência com que cada um dos seis planetas interiores orbitava a estrela. Este padrão complexo, mas previsível, chamado ressonância orbital, ocorre quando os planetas exercem um puxão gravitacional regular uns sobre os outros à medida que orbitam a estrela.

Para compreender o conceito de ressonância, considere as luas de Júpiter Io, Europa e Ganimedes, esta última a mais distante das três. Para cada volta que Ganimedes completa em torno de Júpiter, Europa orbita duas vezes e Io faz quatro viagens em redor do planeta. Esta ressonância 1:2:4 é considerada estável e caso uma lua fosse afastada do seu percurso, autocorrigir-se-ia e voltava a ter uma órbita estável. É esta influência harmoniosa entre os sete irmãos planetários de TRAPPIST-1 que mantém o sistema estável.

Estas relações, explica Luger, sugeriram que ao estudar as velocidades orbitais dos seus planetas vizinhos, os cientistas podiam prever a velocidade orbital exata e, portanto, também o período orbital do planeta h, mesmo antes das observações do Kepler. A equipe calculou seis possíveis períodos de ressonância para o planeta h que não iriam perturbar a estabilidade do sistema, mas apenas um não foi descartado por dados adicionais. As outras cinco possibilidades podiam ter sido observadas nos dados recolhidos pelo Spitzer e pelos dados terrestes da equipa TRAPPIST.

"Tudo isto", diz Luger, "indica que estas relações orbitais foram forjadas no início da vida do sistema TRAPPIST-1, durante o processo de formação planetária."

"A estrutura de ressonância não é coincidência e aponta para uma interessante história dinâmica em que os planetas provavelmente migraram para dentro em passo de bloqueio," salienta Luger. "Isto torna o sistema um grande laboratório para a formação de planetas e para as teorias de migração."

Colaboração global e em tempo real

Como parte da sua segunda missão, K2, o Kepler observou a zona do céu onde está situado o sistema TRAPPIST-1 entre 15 de dezembro de 2016 e 4 de março, recolhendo dados sobre as minúsculas mudanças de brilho estelar provocadas pelos trânsitos dos planetas. No dia 8 de março os dados brutos, não calibrados, foram divulgados à comunidade científica para que se começassem estudos de acompanhamento.

A tarefa de confirmar o período orbital de TRAPPIST-1h começou imediatamente e cientistas de todo o mundo fizeram uso das redes sociais para, em tempo real, partilhar novas informações sobre o comportamento da estrela e da sua ninhada de planetas. Nas duas horas após a divulgação dos dados, a equipa confirmou a sua previsão de um período orbital de 19 dias.

"A obtenção de resultados a partir de dados é sempre estimulante, mas foi um raro prazer assistir à colaboração entre cientistas espalhados pelo mundo e à partilha do seu progresso quase em tempo real nas redes sociais à medida que analisavam os dados e identificavam os trânsitos de TRAPPIST-1h," comenta Jessi Dotson, cientista do projeto K2 no Centro de Pesquisa Ames da NASA em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia. "A criatividade e a rapidez com que os dados foram utilizados foi um aspeto particularmente emocionante da abordagem do K2, centrada na comunidade."

A cadeia de ressonâncias dos sete planetas de TRAPPIST-1 estabelece um recorde entre os sistemas planetários conhecidos, sendo os detentores anteriores os sistemas Kepler-80 e Kepler-223, cada um com quatro planetas ressonantes. O sistema TRAPPIST-1 foi descoberto pela primeira vez em 2016 pela colaboração TRAPPIST e pensava-se, na altura, que tinha apenas três planetas. Os restantes planetas foram descobertos graças ao Spitzer e a telescópios terrestres. O Telescópio Espacial Hubble da NASA está a juntar-se à investigação com observações atmosféricas e o Telescópio Espacial James Webb será, potencialmente, capaz de estudar as atmosferas em ainda maior detalhe.

Fonte: Astronomia OnLine