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Os sete planetas rochosos de TRAPPIST-1 podem ter composições semelhantes

A estrela anã vermelha TRAPPIST-1 hospeda a maior grupo de planetas de tamanho aproximado ao da Terra até hoje descoberto num único sistema estelar. Localizados a cerca de 40 anos-luz de distância, estes sete irmãos rochosos são exemplo da enorme diversidade de sistemas planetários que se julga existirem no Universo.

A medição da massa e do diâmetro de um planeta revela a sua densidade, dando pistas sobre a sua composição. Os cientistas conhecem agora a densidade dos sete planetas de TRAPPIST-1 com uma precisão mais elevada do que a de qualquer outro planeta, à exceção dos planetas do Sistema Solar. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

Um novo estudo publicado na revista Planetary Science Journal mostra que os planetas de TRAPPIST-1 têm densidades muito semelhantes, o que pode significar que todos contêm aproximadamente a mesma proporção de materiais que, segundo se julga, compõem a maior parte dos planetas rochosos, como o ferro, o oxigénio, o magnésio e o silício. Se for este o caso, esta proporção deverá ser bastante diferente da verificada na Terra: os planetas de TRAPPIST-1 são cerca de 8% menos densos do que seriam se tivessem a mesma composição do nosso planeta. Com base nesta conclusão, os autores do artigo levantaram a hipótese de diferentes misturas de ingredientes poderem dar aos planetas deste sistema a densidade medida.

Alguns destes planetas são conhecidos desde 2016, quando os cientistas anunciaram a descoberta de três planetas em órbita da estrela TRAPPIST-1, detetados com a ajuda do telescópio robótico TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope), situado no Chile. Observações posteriores realizadas com o telescópio espacial Spitzer, em colaboração com telescópios terrestres, confirmaram dois desses planetas originais e descobriram outros cinco. Gerido pelo Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, no sul da Califórnia, o Spitzer observou o sistema durante mais de 1000 horas antes de ser desativado em janeiro de 2020. O Hubble e o telescópio espacial Kepler, agora também já desativado, estudaram também o sistema.

Os sete planetas do sistema TRAPPIST-1 (tão próximos da estrela que orbitam, que as suas órbitas caberiam na órbita de Mercúrio) foram descobertos através do método de trânsito, que consiste no seguinte: como os cientistas não podem ver os planetas diretamente (por serem muito pequenos e ténues em relação à estrela), procuram então diminuições no brilho da estrela ocorridas quando os planetas passam à sua frente.

As repetidas observações das diminuições do brilho da estrela em combinação com medições do tempo das órbitas dos planetas permitiram aos astrónomos estimar as massas e diâmetros dos planetas, dados que por sua vez foram usados para calcular as densidades. Cálculos anteriores tinham determinado que os planetas têm aproximadamente o tamanho e a massa da Terra, devendo por isso ser rochosos ou terrestres – por oposição aos gigantes gasosos, como Júpiter e Saturno. Este novo artigo oferece as mais precisas medições de densidade até hoje realizadas para qualquer grupo de exoplanetas.

Domínio do Ferro

Quanto mais preciso for o conhecimento da densidade de um planeta, mais limites se podem colocar à sua composição. Um pisa-papéis pode ter aproximadamente o mesmo tamanho de uma bola de beisebol, mas em geral é muito mais pesado. A dimensão e o peso revelam a densidade de cada objeto, e a partir daqui é possível inferir que a bola de beisebol é feita de materiais mais leves (corda e couro) e o pisa-papéis de materiais mais pesados (vidro ou metal).

As densidades dos oito planetas do nosso Sistema Solar variam bastante. Os volumosos gigantes gasosos – Júpiter, Saturno, Urano e Neptuno – apesar de maiores são muito menos densos que os quatro planetas terrestres, já que são essencialmente compostos por elementos mais leves, como hidrogénio e o hélio. Os quatro mundos terrestres mostram também algumas diferenças nas suas densidades, que são determinadas pela composição e também pela compressão do planeta devido à sua própria gravidade. Subtraindo o efeito da gravidade, os cientistas podem calcular o que é conhecido como densidade não comprimida e saber mais sobre a composição do planeta.

A densidade de um planeta é determinada pela sua composição, bem como pelo seu tamanho. A gravidade comprime a matéria que compõe os planetas, aumentando a sua densidade. A densidade não comprimida permite regular esse efeito da gravidade e pode revelar as diferentes composições dos planetas. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

Os sete planetas do sistema TRAPPIST-1 possuem densidades semelhantes (os valores não diferem mais que 3%) o que faz deste um sistema bem distinto do nosso. Comparando com as densidades da Terra e de Vénus, a diferença pode parecer pequena (cerca de 8%) mas é significativa à escala planetária. Os investigadores podem explicar a baixa densidade dos planetas de TRAPPIST-1 dizendo que têm uma composição semelhante à da Terra, mas com uma menor percentagem de ferro – cerca de 21%, em comparação com os 32% da Terra, de acordo com o estudo.

Em alternativa, os cientistas consideram que o ferro nos planetas de TRAPPIST-1 pode estar impregnado com elevados níveis de oxigénio, formando óxido de ferro ou ferrugem. O oxigénio adicional iria diminuir as densidades dos planetas. A superfície de Marte obtém a sua tonalidade vermelha do óxido de ferro, mas, tal como os seus três irmãos terrestres, tem um núcleo composto por ferro não oxidado. Porém, se a baixa densidade dos planetas TRAPPIST-1 fosse inteiramente provocada pelo ferro oxidado, os planetas não poderiam ter núcleos sólidos de ferro.

Eric Agol, astrofísico da Universidade de Washington e principal autor do estudo, propõe que a resposta pode ser uma combinação destes dois cenários: menos ferro no geral e algum ferro oxidado.

A equipa averiguou também se a superfície de cada planeta poderia estar coberta por água, que é ainda mais leve que ferrugem e alteraria a densidade geral do planeta. Se fosse esse o caso, a água teria que representar cerca de 5% da massa total dos quatro planetas exteriores. Por comparação, a água representa menos de um décimo de 1% da massa total da Terra.

Por estarem demasiado próximos da estrela para a água permanecer no estado líquido na maioria das circunstâncias, os três planetas interiores de TRAPPIST-1 teriam de possuir atmosferas densas e quentes, como a de Vénus, para que a água pudesse permanecer ligada ao planeta como vapor. Mas, segundo Agol, esta explicação parece menos provável porque seria uma coincidência que todos os sete planetas tivessem a quantidade de água suficiente para terem densidades semelhantes.

Três modelos possíveis para o interior dos planetas de TRAPPIST-1. Quanto mais preciso for o conhecimento da densidade de um planeta, mais os cientistas podem limitar os modelos do interior desse planeta. Os sete planetas de TRAPPIST-1 têm densidades muito semelhantes, o que indica que provavelmente terão composições semelhantes. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

“O céu noturno está cheio de planetas, e só nos últimos 30 anos pudemos começar a desvendar os seus mistérios,” declarou Caroline Dorn, astrofísica da Universidade de Zurique e coautora do artigo. “O sistema TRAPPIST-1 é fascinante porque nos permite aprender imenso sobre a diversidade dos planetas rochosos dentro de um único sistema. E como na realidade conseguimos aprender mais sobre um planeta estudando também os seus vizinhos, nesse sentido este é também um sistema perfeito.”

Fonte da notícia: NASA

Tradução: Teresa Direitinho

 

The 7 Rocky TRAPPIST-1 Planets May Be Made of Similar Stuff

The red dwarf star TRAPPIST-1 is home to the largest group of roughly Earth-size planets ever found in a single stellar system. Located about 40 light-years away, these seven rocky siblings provide an example of the tremendous variety of planetary systems that likely fill the universe.

Measuring the mass and diameter of a planet reveals its density, which can give scientists clues about its composition. Scientists now know the density of the seven TRAPPIST-1 planets with a higher precision than any other planets in the universe, other than those in our own solar system. Credits: NASA/JPL-Caltech.

A new study published in the Planetary Science Journal shows that the TRAPPIST-1 planets have remarkably similar densities. That could mean they all contain about the same ratio of materials thought to compose most rocky planets, like iron, oxygen, magnesium, and silicon. But if this is the case, that ratio must be notably different than Earth’s: The TRAPPIST-1 planets are about 8% less dense than they would be if they had the same makeup as our home planet. Based on that conclusion, the paper authors hypothesized a few different mixtures of ingredients could give the TRAPPIST-1 planets the measured density. […] Read the original article at NASA website.

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