Em vez de procurar a presença de uma característica química específica nas atmosferas exoplanetárias, os cientistas do MIT, da Universidade de Birmingham e de outras instituições afirmam que a melhor maneira de localizar água líquida e, possivelmente, até mesmo vida em outros planetas é procurar a ausência dessa assinatura química.
Os cientistas sugerem que a presença significativamente menor de dióxido de carbono na atmosfera de um planeta terrestre, em comparação com outros planetas do mesmo sistema, pode indicar a existência de água líquida e potencialmente de formas de vida em sua superfície.
Adicionalmente, essa característica única é acessível à observação pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA. Embora tenham sido propostos outros indicadores de habitabilidade, a mensuração dessas características é desafiadora, se não impossível, com as tecnologias atuais.
A equipe de pesquisadores argumenta que a assinatura específica de dióxido de carbono esgotado representa atualmente o único sinal de habitabilidade passível de detecção.
“O Santo Graal da ciência de exoplanetas é procurar mundos habitáveis e a presença de vida, mas todas as características de que se falou até agora estavam fora do alcance dos mais novos observatórios”, diz Julien de Wit, professor assistente de ciências planetárias do MIT. “Agora temos uma maneira de descobrir se há água líquida em outro planeta. E isso é algo que podemos fazer nos próximos anos.”
"Os resultados da pesquisa serão publicados na revista Nature Astronomy. De Wit desempenhou um papel de liderança no estudo juntamente com Amaury Triaud, da Universidade de Birmingham, no Reino Unido. Entre os coautores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) estão Benjamin Rackham, Prajwal Niraula, Ana Glidden Oliver Jagoutz, Matej Peč, Janusz Petkowski e Sara Seager.
A equipe também inclui Frieder Klein, do Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Martin Turbet, da Ècole Polytechnique, na França, e Franck Selsis, do Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux.
Além de um vislumbre
Até o momento, os astrônomos registraram a detecção de mais de 5.200 exoplanetas, situados além do nosso sistema solar. Utilizando os telescópios existentes, os astrônomos conseguem medir diretamente a distância entre um planeta e sua estrela, bem como o tempo necessário para completar uma órbita.
Essas medidas fornecem informações valiosas para inferir se um planeta está localizado dentro da chamada “zona habitável”. Contudo, ainda não existe uma abordagem direta para confirmar se um planeta é efetivamente habitável, ou seja, se apresenta água líquida em sua superfície.
No nosso próprio sistema solar, os cientistas conseguem detectar a presença de oceanos líquidos através da observação de “brilhos” – reflexos de luz solar que incidem em superfícies líquidas. Exemplos desses brilhos, ou reflexos especulares, foram identificados na maior lua de Saturno, Titã, contribuindo para a confirmação da existência de extensos lagos nessa lua.
A detecção de um fenômeno semelhante em planetas distantes, contudo, permanece além das capacidades das tecnologias atuais. Entretanto, De Wit e sua equipe perceberam que uma outra característica habitável, presente em nosso próprio sistema solar, poderia ser identificada em exoplanetas mais distantes.
“Tivemos uma ideia ao observar o que está acontecendo com os planetas terrestres em nosso próprio sistema”, diz Triaud.
Vênus, Terra e Marte apresentam similaridades, pois todos são planetas rochosos e ocupam uma região moderadamente temperada em relação ao Sol. Dentre esses três, a Terra é singular por ser o único planeta que sustenta água líquida em sua superfície.
Além disso, a equipe de pesquisa notou uma distinção evidente: a Terra possui significativamente menos dióxido de carbono em sua atmosfera.
“Presumimos que esses planetas foram criados de maneira semelhante e, se vemos um planeta com muito menos carbono agora, ele deve ter ido para algum lugar”, diz Triaud. “O único processo que poderia remover essa quantidade de carbono de uma atmosfera é um forte ciclo de água envolvendo oceanos de água líquida.”
Efetivamente, os oceanos da Terra desempenharam um papel crucial e constante na absorção de dióxido de carbono.
Ao longo de centenas de milhões de anos, nossos oceanos capturaram uma quantidade substancial desse gás, aproximadamente equivalente à quantidade atualmente presente na atmosfera de Vênus. Esse processo em escala planetária resultou em uma considerável redução do dióxido de carbono na atmosfera terrestre em comparação com os planetas vizinhos.
“Na Terra, grande parte do dióxido de carbono atmosférico foi sequestrado na água do mar e em rochas sólidas em escalas de tempo geológicas, o que ajudou a regular o clima e a habitabilidade por bilhões de anos”, diz Frieder Klein, coautor do estudo.
A equipe defendeu a proposição de que a detecção de uma diminuição comparável de dióxido de carbono em um planeta distante, em comparação com seus planetas vizinhos, representaria um indicativo confiável da presença de oceanos líquidos e possivelmente vida em sua superfície.
“Depois de revisar extensivamente a literatura de muitos campos, desde a biologia até a química e até mesmo o sequestro de carbono no contexto da mudança climática, acreditamos que, de fato, se detectarmos o esgotamento de carbono, isso tem uma boa chance de ser um forte sinal de água líquida e/ou vida”, diz de Wit.
Um roteiro para a vida
No âmbito de sua pesquisa, a equipe apresenta uma estratégia para identificar planetas habitáveis ao buscar uma assinatura de dióxido de carbono empobrecido.
Essa abordagem se mostraria mais eficaz em sistemas do tipo “peas-in-a-pod”, nos quais diversos planetas rochosos, todos com tamanhos aproximadamente iguais, orbitam em proximidade relativa uns aos outros, assemelhando-se à disposição de planetas em nosso próprio sistema solar.
A primeira etapa proposta pela equipe é a confirmação da presença de atmosferas nos planetas, realizada por meio da busca por dióxido de carbono, esperado como componente predominante em grande parte das atmosferas planetárias.
“O dióxido de carbono é um absorvedor muito forte no infravermelho e pode ser facilmente detectado nas atmosferas de exoplanetas”, explica de Wit. “Um sinal de dióxido de carbono pode então revelar a presença de atmosferas de exoplanetas.”
Quando os astrônomos identificam que vários planetas dentro de um sistema possuem atmosferas, eles procedem à medição do conteúdo de dióxido de carbono para determinar se um determinado planeta possui significativamente menos desse gás em comparação com os outros. Caso afirmativo, há uma forte indicação de que o planeta pode ser habitável, sugerindo a presença de extensas massas de água líquida em sua superfície.
No entanto, condições habitáveis não garantem necessariamente a existência de vida. Para verificar a possibilidade real da existência de formas de vida, a equipe propõe que os astrônomos busquem outra característica na atmosfera planetária: o ozônio.
Na Terra, os cientistas observam que plantas e alguns micróbios desempenham um papel na remoção de dióxido de carbono, embora em menor escala do que os oceanos. Como parte desse processo, as formas de vida emitem oxigênio, que reage com os fótons solares para formar ozônio – uma molécula mais facilmente detectável do que o próprio oxigênio.
Os pesquisadores afirmam que se a atmosfera de um planeta apresentar indícios de ozônio e dióxido de carbono empobrecido, há uma forte probabilidade de que seja um mundo habitável e possivelmente habitado.
- Veja também: Descoberta de uma Nova Nebulosa de Vento Pulsar
“Se virmos ozônio, há grandes chances de que ele esteja ligado ao dióxido de carbono sendo consumido pela vida”, diz Triaud. “E se for vida, é uma vida gloriosa. Não seriam apenas algumas bactérias. Seria uma biomassa em escala planetária capaz de processar uma enorme quantidade de carbono e interagir com ele.”
A equipe estima que o Telescópio Espacial James Webb da NASA teria a capacidade de mensurar os níveis de dióxido de carbono e, potencialmente, de ozônio, em sistemas multiplanetários próximos, como o TRAPPIST-1. Este último é um sistema composto por sete planetas que orbitam em torno de uma estrela brilhante, situada a uma distância de apenas 40 anos-luz da Terra.
“O TRAPPIST-1 é um dos poucos sistemas em que podemos fazer estudos atmosféricos terrestres com o JWST”, diz de Wit. “Agora temos um roteiro para encontrar planetas habitáveis. Se todos trabalharmos juntos, descobertas que mudam paradigmas poderão ser feitas nos próximos anos.”
