Novas observações com o Telescópio Espacial James Webb da NASA revelaram a presença de metano, dióxido de carbono e outras moléculas contendo carbono na atmosfera do K2-18b, um exoplaneta 8,6 vezes mais massivo que a Terra.
Essa descoberta fornece mais evidências de que o K2-18b poderia ser um exoplaneta Hycean – um exoplaneta com uma atmosfera rica em hidrogênio e uma superfície coberta por oceanos.
O K2-18b orbita na zona habitável da estrela anã fria K2-18, a 120 anos-luz de distância, na constelação de Leão. Como um exoplaneta “sub-Netuno”, maior que a Terra, mas menor que Netuno, o K2-18b é diferente de qualquer planeta do nosso sistema solar.
A natureza das atmosferas de sub-Netuno tem sido pouco compreendida, mas as observações de Webb se somam a estudos recentes que sugerem que esses mundos podem ser locais promissores para a busca de bioassinaturas.
Os primeiros indícios das propriedades atmosféricas de K2-18b vieram de dados do Telescópio Espacial Hubble, o que levou a um acompanhamento mais detalhado. A instrumentação infravermelha sensível do Webb agora confirmou a presença de moléculas importantes na atmosfera do K2-18b, mudando nossa compreensão desse intrigante sistema de exoplanetas.
"“Nossas descobertas ressaltam a importância de considerar diversos ambientes habitáveis na busca por vida em outros lugares”, explicou Nikku Madhusudhan, astrônomo da Universidade de Cambridge e principal autor do artigo que anuncia esses resultados. “Tradicionalmente, a busca por vida em exoplanetas tem se concentrado principalmente em planetas rochosos menores, mas os mundos Hycean maiores são significativamente mais propícios a observações atmosféricas.”
A detecção de metano e dióxido de carbono, e a ausência de amônia, na atmosfera do K2-18b dão suporte à ideia de que esse exoplaneta pode ter um oceano de água subjacente a uma atmosfera rica em hidrogênio.
As observações iniciais do Telescópio Espacial James Webb também forneceram um indício tentador de sulfeto de dimetila (DMS) na atmosfera do planeta. Na Terra, o DMS é produzido principalmente pelo fitoplâncton marinho, o que o torna uma bioassinatura em potencial.
Embora sejam necessárias mais observações para confirmar a possível detecção de DMS, a presença de metano, dióxido de carbono e a ausência de amônia reforçam a hipótese de que o K2-18b poderia ser um mundo Hycean habitável.
A composição da atmosfera desse sub-Netuno, conforme revelada pelo Webb, representa um importante passo à frente na compreensão da natureza dos exoplanetas que não têm um análogo direto em nosso próprio sistema solar. O K2-18b demonstra o poder da instrumentação infravermelha do Webb para sondar as atmosferas de mundos distantes e procurar sinais de habitabilidade.
A detecção de sulfeto de dimetila (DMS) na atmosfera do K2-18b é intrigante, mas requer confirmação adicional. Como Madhusudhan explicou, as próximas observações do Telescópio Espacial James Webb devem ser capazes de verificar se o DMS está realmente presente em níveis substanciais.
Embora o K2-18b orbite na zona habitável de sua estrela e abrigue moléculas baseadas em carbono, isso não significa necessariamente que o planeta possa suportar vida.
O tamanho grande de K2-18b – cerca de 2,6 vezes o raio da Terra – implica um manto de gelo espesso de alta pressão, como Netuno, sobreposto por uma atmosfera de hidrogênio relativamente fina e uma superfície oceânica. Prevê-se que os mundos hipoceânicos tenham oceanos de água, mas o oceano de K2-18b poderia ser quente demais para sustentar água líquida ou habitabilidade.
“Embora esse tipo de planeta não exista em nosso sistema solar, os subnetunos são o tipo mais comum de planeta conhecido até agora na galáxia”, explicou Subhajit Sarkar, membro da equipe da Universidade de Cardiff. “Obtivemos o espectro mais detalhado de um sub-Neptuno da zona habitável até o momento, o que nos permitiu descobrir as moléculas que existem em sua atmosfera.”
Caracterizar as atmosferas de exoplanetas como o K2-18b, identificando seus gases e condições, é uma área muito ativa da astronomia. No entanto, esses planetas são ofuscados pelo brilho intenso de suas estrelas-mãe muito maiores, o que torna a exploração das atmosferas de exoplanetas extremamente desafiadora.
A equipe superou esse obstáculo analisando a luz das estrelas ao passar pela atmosfera do K2-18b. O K2-18b é um exoplaneta em trânsito – ele cruza a face de sua estrela hospedeira a partir do nosso ponto de vista, causando uma queda de brilho mensurável.
Esse método de trânsito permitiu a descoberta inicial do K2-18b em 2015 pela missão K2 da NASA. Durante os trânsitos, uma pequena fração da luz das estrelas é filtrada pela atmosfera do exoplaneta antes de chegar a telescópios como o Webb. Ao examinar como essa luz estelar é alterada ao passar pela atmosfera do exoplaneta, os astrônomos podem determinar os gases atmosféricos presentes.
“Esse resultado só foi possível devido à faixa de comprimento de onda estendida e à sensibilidade sem precedentes do Webb, que permitiu a detecção robusta de características espectrais com apenas dois trânsitos”, disse Madhusudhan. “Para efeito de comparação, uma observação de trânsito com o Webb forneceu uma precisão comparável a oito observações com o Hubble realizadas ao longo de alguns anos e em uma faixa de comprimento de onda relativamente estreita.”
“Esses resultados são o produto de apenas duas observações do K2-18 b, com muitas outras a caminho”, explicou o membro da equipe Savvas Constantinou, da Universidade de Cambridge. “Isso significa que nosso trabalho aqui é apenas uma demonstração inicial do que o Webb pode observar em exoplanetas da zona habitável.”
Os resultados da equipe foram aceitos para publicação no The Astrophysical Journal Letters.
Para o futuro, a equipe planeja observações de acompanhamento usando o espectrógrafo MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb. Eles esperam que esses estudos futuros confirmem ainda mais suas descobertas e revelem novos detalhes sobre as condições ambientais em K2-18b.
“Nosso objetivo final é a identificação de vida em um exoplaneta habitável, o que transformaria nossa compreensão do nosso lugar no universo”, concluiu Madhusudhan. “Nossas descobertas são um passo promissor para uma compreensão mais profunda dos mundos Hycean nessa busca.”
O Telescópio Espacial James Webb é o observatório de ciências espaciais mais avançado do mundo. Ele é operado por uma colaboração internacional entre a NASA, a Agência Espacial Europeia e a Agência Espacial Canadense.
O Webb está transformando nossa compreensão do sistema solar, descobrindo e caracterizando exoplanetas ao redor de outras estrelas e investigando as origens e a evolução do universo. Com sua poderosa visão infravermelha e instrumentação avançada, o Webb está possibilitando pesquisas inovadoras em astrofísica e cosmologia.
