LP 791-18 d: Observatórios espaciais Spitzer e TESS encontram mundo potencialmente coberto por vulcões

Astrônomos descobriram um exoplaneta do tamanho da Terra, ou mundo além do nosso sistema solar, que pode ser coberto por vulcões. Chamado de LP 791-18 d, o exoplaneta pode sofrer explosões vulcânicas tão frequentemente quanto a lua de Júpiter, Io, o corpo mais vulcanicamente ativo em nosso sistema solar.

Eles encontraram e estudaram o exoplaneta usando dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) [1] da NASA e do Telescópio Espacial Spitzer [2] aposentado, bem como de um conjunto de observatórios terrestres.

O artigo sobre o exoplaneta – liderado por Merrin Peterson, formado pelo Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) com sede na Universidade de Montreal – está disponível na edição de 17 de maio da revista científica Nature.

LP 791-18 d orbita uma pequena estrela anã vermelha a cerca de 90 anos-luz de distância na constelação do sul da Cratera. A equipe estimou que é apenas um pouco maior e mais massivo que a Terra.

Björn Benneke, coautor e professor de astronomia da iREx que planejou e supervisionou o estudo, declarou:

LP 791-18d é um exoplaneta travado por maré, o que significa que o mesmo lado está constantemente voltado para sua estrela. O lado diurno provavelmente seria muito quente para a existência de água líquida na superfície. Mas a quantidade de atividade vulcânica que suspeitamos ocorrer em todo o planeta pode sustentar uma atmosfera, o que pode permitir que a água se condense no lado noturno.

Björn Benneke

Os astrônomos já conheciam dois outros mundos no sistema classe espectral M6V LP 791-18 antes dessa nova descoberta, denominados chamados LP 791-18 b e c.

O planeta interno b é uma exo-Terra, cerca de 20% maior que nosso planeta. O planeta exterior c é um sub-Netuno com cerca de 2,5 vezes o tamanho da Terra e mais de sete vezes a sua massa.

Durante cada órbita, os planetas d e c passam muito próximos um do outro. Cada passagem próxima pelo planeta mais massivo c produz um puxão gravitacional no planeta d, tornando sua órbita mais elíptica. Nesta trajetória elíptica, o planeta d é levemente deformado toda vez que gira em torno da estrela. Essas deformações podem criar atrito interno suficiente para aquecer substancialmente o interior do planeta e produzir atividade vulcânica em sua superfície. Lembramos que Júpiter e algumas de suas luas perturbam Io de maneira similar.

O planeta d fica na borda interna da zona habitável, a faixa tradicional de distâncias de uma estrela onde os cientistas supõem que a água líquida possa existir na superfície de um planeta. Se o planeta for tão geologicamente ativo quanto a equipe de pesquisa suspeita, ele pode manter uma atmosfera. As temperaturas podem cair o suficiente no lado noturno do planeta para que a água se condense na superfície.

O planeta c já foi aprovado para ser observado pelo Telescópio Espacial James Webb em breve. A equipe julga que o planeta d também é um candidato excepcional para estudos atmosféricos da missão.

A coautora Jessie Christiansen, cientista do Exoplanet Science Institute da NASA no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, explicou:

Uma grande questão na astrobiologia, o campo que estuda amplamente as origens da vida na Terra e além, é se a atividade tectônica ou vulcânica é necessária para a vida. Além de potencialmente fornecer uma atmosfera, esses processos podem produzir materiais que, de outra forma, afundariam e ficariam presos na crosta, incluindo aqueles que consideramos importantes para a vida, como o carbono.

Jessie Christiansen

As observações do Spitzer [1] sobre esse sistema estavam entre as últimas coletadas, antes desse observatório espacial ter sido aposentado em janeiro de 2020.

Joseph Hunt, gerente de projeto do Spitzer no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, afirmou:

É incrível ler sobre a continuação das descobertas e publicações anos após o fim da missão do Spitzer. Isso realmente mostra o sucesso de nossos engenheiros e cientistas de primeira classe. Juntos, eles construíram não apenas uma espaçonave, mas também um conjunto de dados que continua sendo um trunfo para a comunidade astrofísica.

Joseph Hunt

Abstract do artigo

Os exoplanetas temperados do tamanho da Terra em torno de anãs de classe M mais elevada oferecem uma rara oportunidade de explorar sob quais condições os planetas podem desenvolver condições climáticas favoráveis. O pequeno raio estelar amplifica a assinatura do trânsito atmosférico, tornando até mesmo atmosferas secundárias compactas dominadas por N₂ ou CO₂ passíveis de caracterização com a instrumentação existente. No entanto, apesar dos grandes esforços de busca por exoplanetas, a detecção de exoplanetas de baixa temperatura do tamanho da Terra em torno de anãs da classe M elevada permaneceu rara e o sistema TRAPPIST-1, uma cadeia de ressonância de planetas rochosos com composições aparentemente idênticas, ainda não mostrou nenhuma evidência de material volátil no sistema. Aqui relatamos a descoberta de um exoplaneta temperado do tamanho da Terra orbitando a fria estrela anã classe M6 denominada LP 791-18. O exoplaneta recém-descoberto, LP 791-18d, tem um raio de 1,03 ± 0,04 R⊕ (raios terrestres) e uma temperatura de equilíbrio de 300–400 Kelvin, com o lado noturno permanente plausivelmente permitindo a condensação de água. O exoplaneta LP 791-18d faz parte de um sistema coplanar e oferece uma oportunidade única até agora para investigar uma exo-Terra temperada em um sistema com um sub-Netuno que reteve seu gás ou envelope volátil. Com base nas observações das variações do tempo de trânsito, encontramos uma massa de 7,1 ± 0,7 M⊕ para o sub-Netuno LP 791-18c e uma massa de 0,9^+0,5_−0,4M⊕ para a exo-Terra LP 791-18d. A interação gravitacional com o sub-Netuno impede a completa circularização da órbita de LP 791-18d, resultando em contínuo aquecimento das marés no interior de LP 791-18d e provavelmente forte atividade vulcânica na superfície.

Merrin S. Peterson et al.

Notas

[1] TESS

TESS é uma missão Astrophysics Explorer da NASA liderada e operada pelo MIT em Cambridge, Massachusetts, e gerenciada pelo Goddard Space Flight Center da NASA. Parceiros adicionais incluem Northrop Grumman, com sede em Falls Church, Virgínia; Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício na Califórnia; o Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian em Cambridge, Massachusetts; Laboratório Lincoln do MIT; e o Space Telescope Science Institute em Baltimore. Mais de uma dúzia de universidades, institutos de pesquisa e observatórios em todo o mundo participam da missão.

[2] SPITZER

Todo o corpo de dados científicos coletados pelo observatório espacial de infravermelho Spitzer durante sua vida útil está disponível ao público por meio do arquivo de dados do Spitzer, localizado no Infrared Science Archive no IPAC no Caltech em Pasadena, Califórnia. O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, uma divisão da Caltech, gerenciou as operações da missão Spitzer para o Science Mission Directorate da agência em Washington. As operações científicas foram conduzidas no Spitzer Science Center no IPAC da Caltech. As operações da espaçonave foram baseadas no Lockheed Martin Space em Littleton, Colorado.

O Telescópio Espacial Spitzer, formalmente denominado Space Infrared Telescope Facility (SIRTF), foi um telescópio espacial infravermelho lançado em 2003. As operações terminaram em 30 de janeiro de 2020. O Spitzer foi o terceiro telescópio espacial dedicado à astronomia infravermelha, seguindo o IRAS (1983) e o ISO (1995–1998). Foi a primeira espaçonave a usar uma órbita de rastreamento da Terra, mais tarde usada pelo localizador de planetas Kepler.

O período planejado da missão era de 2,5 anos, com uma expectativa pré-lançamento de que a missão poderia se estender por cinco anos ou um pouco mais até que o suprimento de hélio líquido a bordo se esgotasse. Isso ocorreu em 15 de maio de 2009. Sem hélio líquido para resfriar o telescópio até as temperaturas muito baixas necessárias para operar, a maioria dos instrumentos não era mais utilizável. No entanto, os dois módulos de menor comprimento de onda da câmera IRAC continuaram a operar com a mesma sensibilidade de antes do hélio se esgotar e continuaram a ser usados ​​no início de 2020 na Spitzer Warm (quente) Mission (missão).

Durante a missão quente, os dois canais de comprimento de onda curto do IRAC operaram a 28,7 K e previu-se que sofreriam pouca ou nenhuma degradação nessa temperatura em comparação com a missão nominal. Os dados do Spitzer, das fases primária e quente, estão arquivados no Infrared Science Archive (IRSA).

Mantendo a tradição da NASA, o telescópio foi renomeado após o início de operação bem-sucedida, em 18 de dezembro de 2003. Ao contrário da maioria dos telescópios que são nomeados por um conselho de cientistas, geralmente em homenagem a astrônomos falecidos famosos, o novo nome para SIRTF foi obtido em um concurso aberto ao público. O concurso levou o telescópio a ser nomeado em homenagem ao astrônomo Lyman Spitzer, que havia promovido o conceito de telescópios espaciais na década de 1940. Lyman Spitzer escreveu um relatório de 1946 para a RAND Corporation descrevendo as vantagens de um observatório extraterrestre e como ele poderia ser realizado com a tecnologia disponível ou futura. Ele foi citado por suas contribuições pioneiras para foguetes e astronomia, bem como “sua visão e liderança na articulação das vantagens e benefícios a serem obtidos com o Programa do Telescópio Espacial”.

Com um orçamento US$ 776 milhões o Spitzer foi lançado em 25 de agosto de 2003 às 05:35:39 UTC do Cabo Canaveral no complexo de lançamento SLC-17B a bordo do foguete Delta II 7920H. O satélite foi colocado em uma órbita heliocêntrica (em oposição a uma geocêntrica) arrastando-se e afastando-se da órbita da Terra em aproximadamente 0,1 unidades astronômicas por ano (uma órbita que segue a Terra).

O espelho primário tem 85 centímetros de diâmetro, f/12, feito de berílio e foi resfriado a 5,5 K (-268 °C). O satélite contém três instrumentos que lhe permitiram realizar imagens astronômicas e fotometria de 3,6 a 160 micrômetros, espectroscopia de 5,2 a 38 micrômetros e espectrofotometria de 55 a 95 micrômetros.

Artigo Científico

Nature: A temperate Earth-sized planet with tidal heating transiting an M6 star

Fonte

NASA: NASA’s Spitzer, TESS Find Potentially Volcano-Covered Earth-Size World

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