Planeta do tamanho da Terra encontrado na zona habitável de uma estrela próxima

Há alguns meses, um grupo de astrônomos de exoplanetas da NASA, que estão na empreitada de descobrir planetas ao redor de outras estrelas, me chamou para uma reunião secreta para me contar sobre um planeta interessante. Como a minha especialidade é modelar o clima dos exoplanetas, eles me pediram para descobrir se este novo planeta era habitável – um lugar onde poderia existir água líquida.

Esses colegas da NASA, Josh Schlieder e seus alunos Emily Gilbert, Tom Barclay e Elisa Quintana, estavam estudando dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) quando descobriram o que pode ser o primeiro planeta do tamanho da Terra conhecido do TESS em uma zona onde a água líquida poderia existir na superfície de um planeta terrestre. Esta é uma notícia muito emocionante porque este novo planeta está relativamente próximo da Terra, e pode ser possível observar a sua atmosfera com o Telescópio Espacial James Webb ou com grandes telescópios terrestres.

Planetas de zonas habitáveis

A estrela anfitriã do planeta que a equipe de Gilbert descobriu se chama TESS of Interest número 700, ou TOI-700. Em comparação com o Sol, é uma estrela pequena e fraca. Tem 40% do tamanho, apenas cerca de 1/50 do brilho do Sol e está localizada a cerca de 100 anos-luz da Terra na constelação Dorado, que é visível do nosso hemisfério sul. Para comparação, a estrela mais próxima de nós, Proxima Centauri, está a 4,2 anos-luz de distância da Terra. Para ter uma noção destas distâncias, se você viajasse na nave espacial mais rápida (Parker Solar Probe) para chegar a Proxima Centauri, levaria quase 20.000 anos.

Existem três planetas ao redor do TOI-700: b, c e d. O planeta d é do tamanho da Terra, dentro da zona habitável da estrela e orbita o TOI-700 a cada 37 dias. Meus colegas queriam que eu criasse um modelo climático para o Planeta d, usando as propriedades conhecidas da estrela e do planeta. Os planetas b e c são do tamanho da Terra e mini-Neptuno, respectivamente. No entanto, eles orbitam muito mais perto da sua estrela hospedeira, recebendo 5 vezes e 2,6 vezes a luz estelar que a nossa própria Terra recebe do Sol. Para comparação, Vênus, um mundo seco e infernalmente quente com temperatura de superfície de aproximadamente 860 graus Fahrenheit, recebe o dobro da luz solar da Terra.

Até cerca de uma década atrás, apenas dois planetas habitáveis de qualquer tamanho eram conhecidos pelos astrônomos: Terra e Marte. Na última década, no entanto, graças às descobertas feitas através de telescópios terrestres e da missão Kepler (que também procurou por exoplanetas de 2009 a 2019, mas agora está aposentada), os astrônomos descobriram cerca de uma dúzia de exoplanetas de tamanho terrestre. Estes são entre metade e duas vezes maiores do que a Terra dentro das zonas habitáveis das estrelas que os acolhem.

Apesar do número relativamente grande de pequenas descobertas de exoplanetas até à data, a maioria das estrelas está entre 600 a 3.000 anos-luz de distância da Terra – demasiado longe e escuro para uma observação mais detalhada.

Por que a água líquida é importante para a habitabilidade?

Ao contrário do Kepler, a missão TESS procura planetas ao redor dos vizinhos mais próximos do Sol: aqueles suficientemente brilhantes para observações de seguimento.

Entre Abril de 2018 e agora, TESS descobriu mais de 1.500 candidatos a planetas. A maioria tem mais do dobro do tamanho da Terra, com órbitas de menos de 10 dias. A Terra, é claro, leva 365 dias para orbitar em torno do nosso Sol. Como resultado, os planetas recebem significativamente mais calor do que a Terra recebe do Sol e são demasiado quentes para que exista água líquida na superfície.

A água líquida é essencial para a habitabilidade. Ela fornece um meio para que os químicos interajam uns com os outros. Embora seja possível a existência de vida exótica a pressões mais elevadas, ou temperaturas mais quentes – como os extremófilos encontrados perto de fontes hidrotermais ou os micróbios encontrados a meia milha abaixo da camada de gelo da Antártida Ocidental – essas descobertas foram possíveis porque os humanos foram capazes de sondar diretamente esses ambientes extremos. Eles não teriam sido detectáveis a partir do espaço.

Quando se trata de encontrar vida, ou mesmo condições habitáveis, além do nosso sistema solar, os humanos dependem inteiramente de observações remotas. A água líquida superficial pode criar condições habitáveis que podem potencialmente promover a vida. Estas formas de vida podem então interagir com a atmosfera acima, criando bioassinaturas remotamente detectáveis que os telescópios baseados na Terra podem detectar. Essas bioassinaturas podem ser composições atuais de gases do tipo que há na Terra (oxigênio, ozônio, metano, dióxido de carbono e vapor de água), ou a composição da Terra antiga de 2,7 bilhões de anos atrás (principalmente metano e dióxido de carbono, e sem oxigênio).

Conhecemos um planeta assim onde isso já aconteceu: A Terra. Portanto, o objetivo dos astrônomos é encontrar aqueles planetas que são do tamanho da Terra, orbitando a essas distâncias da estrela onde a água poderia existir em forma líquida na superfície. Esses planetas serão nossos principais alvos para caçar mundos habitáveis e assinaturas de vida fora do nosso sistema solar.

Possíveis climas para o planeta TOI-700 d

Para provar que o TOI-700 d é real, a equipe de Gilbert precisou confirmar usando dados de um tipo diferente de telescópio. TESS detecta planetas quando eles cruzam em frente à estrela, causando um mergulho na luz estelar. No entanto, tais mergulhos também podem ser criados por outras fontes, tais como ruído instrumental espúrio ou estrelas binárias no fundo que se eclipsam umas às outras, criando falsos sinais positivos. Observações independentes vieram de Joey Rodriguez no Centro de Astrofísica da Universidade de Harvard. Rodriguez e sua equipe confirmaram a detecção TESS do TOI-700 d com o telescópio Spitzer, e removeram qualquer dúvida remanescente de que se trata de um planeta genuíno.

Minha aluna Gabrielle Engelmann-Suissa e eu usamos nosso software de modelagem para descobrir que tipo de clima poderia existir no planeta TOI-700 d. Como ainda não sabemos que tipo de gases este planeta pode realmente ter em sua atmosfera, usamos nossos modelos climáticos para explorar possíveis combinações de gases que suportariam oceanos líquidos em sua superfície. Engelmann-Suissa, com a ajuda do meu colaborador de longa data Eric Wolf, testou vários cenários, incluindo a actual atmosfera terrestre (77% de azoto, 21% de oxigênio, metano e dióxido de carbono remanescentes), a composição da atmosfera terrestre há 2,7 bilhões de anos (principalmente metano e dióxido de carbono) e até mesmo uma atmosfera marciana (muito dióxido de carbono), como possivelmente existiu há 3,5 bilhões de anos.

Com base em nossos modelos, descobrimos que se a atmosfera do planeta TOI-700 d contém uma combinação de metano ou dióxido de carbono ou vapor de água, o planeta poderia ser habitável. Agora nossa equipe precisa confirmar estas hipóteses com o Telescópio Espacial James Webb.

Novos mundos estranhos e seus climas

As simulações climáticas que nossa equipe da NASA concluiu sugerem que uma atmosfera semelhante à da Terra e pressão de gás não é adequada para suportar água líquida em sua superfície. Se colocarmos a mesma quantidade de gases de efeito estufa que temos na Terra no TOI-700 d, a temperatura na superfície deste planeta ainda estaria abaixo de zero.

Nossa própria atmosfera suporta um oceano líquido na Terra agora porque nossa estrela é bem grande e mais brilhante do que a TOI-700. Uma coisa é certa: A modelagem de todas as nossas equipes indica que os climas dos planetas ao redor de estrelas pequenas e fracas como a TOI-700 são muito diferentes do que vemos na nossa Terra.

O campo dos exoplanetas está agora numa era de transição entre a sua descoberta e a caracterização das suas atmosferas. Na história da astronomia, novas técnicas permitem novas observações do universo, incluindo surpresas como a descoberta de planetas do tipo Júpiter e Netuno, que não têm equivalente em nosso sistema solar. O cenário está agora pronto para observar as atmosferas destes planetas para ver quais têm condições de suportar a vida.