Na busca por exoplanetas habitáveis, as condições atmosféricas desempenham um papel fundamental para determinar se um planeta pode sustentar água líquida. Candidatos adequados geralmente se encontram na "zona Cachinhos Dourados", uma distância que não é nem muito próxima nem muito distante de sua estrela hospedeira para permitir a presença de água líquida. Com o lançamento do Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos estão coletando observações aprimoradas das atmosferas de exoplanetas que ajudarão a determinar quais exoplanetas são bons candidatos para estudos mais aprofundados.

Em um artigo de acesso aberto publicado hoje no  The Astrophysical Journal Letters ,  astrônomos usaram o JWST para examinar mais de perto a atmosfera do exoplaneta TRAPPIST-1e, localizado no sistema TRAPPIST-1. Embora não tenham encontrado provas definitivas de sua composição — ou se ele sequer possui uma atmosfera —, eles conseguiram descartar diversas possibilidades.

“A ideia é: se assumirmos que o planeta não é desprovido de ar, podemos restringir diferentes cenários atmosféricos? Esses cenários ainda permitem a presença de água líquida na superfície?”, diz Ana Glidden, pós-doutoranda no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT e no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT, e primeira autora do artigo. As respostas que encontraram foram sim.

Os novos dados descartam uma atmosfera dominada por hidrogênio e impõem restrições mais rígidas a outras condições atmosféricas comumente criadas pela geração secundária, como erupções vulcânicas e liberação de gases do interior do planeta. Os dados foram consistentes o suficiente para ainda permitir a possibilidade de um oceano de superfície.

“TRAPPIST-1e continua sendo um dos nossos planetas mais interessantes em zona habitável, e esses novos resultados nos levam um passo mais perto de saber que tipo de mundo ele é”, afirma Sara Seager, professora de Ciência Planetária do MIT na turma de 1941 e coautora do estudo. “As evidências que apontam para atmosferas diferentes das de Vênus e Marte aguçam nosso foco nos cenários ainda em jogo.”

Os coautores do estudo também incluem colaboradores da Universidade do Arizona, da Universidade Johns Hopkins, da Universidade de Michigan, do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e membros da  Equipe DREAMS do JWST-TST .

As atmosferas de exoplanetas são estudadas usando uma técnica chamada espectroscopia de transmissão. Quando um planeta passa em frente à sua estrela hospedeira, a luz estelar é filtrada pela atmosfera do planeta. Os astrônomos podem determinar quais moléculas estão presentes na atmosfera observando como a luz muda em diferentes comprimentos de onda.

O JWST possui uma cobertura de comprimento de onda maior e uma resolução espectral mais alta do que seu antecessor, o Telescópio Espacial Hubble, o que permite observar moléculas como dióxido de carbono e metano, mais comumente encontradas em nosso próprio Sistema Solar. No entanto, as observações aprimoradas também destacaram o problema da contaminação estelar, em que mudanças na temperatura da estrela hospedeira devido a fatores como manchas solares e erupções solares dificultam a interpretação dos dados.

“A atividade estelar interfere fortemente na interpretação planetária dos dados, pois só podemos observar uma atmosfera potencial através da luz estelar”, diz Glidden. “É difícil separar quais sinais vêm da estrela e quais vêm do próprio planeta.”

Os pesquisadores usaram uma nova abordagem para mitigar a atividade estelar e, como resultado, "qualquer sinal que você possa ver variando de visita para visita é provavelmente da estrela, enquanto qualquer coisa que seja consistente entre as visitas é provavelmente do planeta", diz Glidden.

Os pesquisadores puderam então comparar os resultados com diversos cenários atmosféricos possíveis. Eles descobriram que atmosferas ricas em dióxido de carbono, como as de Marte e Vênus, são improváveis, enquanto uma atmosfera quente e rica em nitrogênio, semelhante à da lua Titã, de Saturno, permanece possível. As evidências, no entanto, são muito fracas para determinar se havia alguma atmosfera presente, muito menos para detectar um tipo específico de gás. Observações adicionais em andamento, que já estão em andamento, ajudarão a reduzir as possibilidades.

"Com nossas observações iniciais, demonstramos os ganhos obtidos com o JWST. Nosso programa de acompanhamento nos ajudará a refinar ainda mais nossa compreensão de um dos nossos planetas com melhor zona habitável", diz Glidden.