Apesar dos milhares de exoplanetas descobertos pelos astrônomos nos últimos anos, determinar se algum deles é ou não habitável é um grande desafio. Como não podemos estudar esses planetas diretamente, os cientistas são forçados a procurar indicações indiretas. Elas são conhecidas como bioassinaturas, que consistem nos subprodutos químicos que associamos à vida orgânica que aparecem na atmosfera de um planeta.
Um novo estudo de uma equipe de cientistas da NASA propõe um novo método para procurar possíveis sinais de vida além do nosso Sistema Solar. A chave, eles recomendam, é aproveitar as frequentes tempestades estelares de jovens estrelas anãs frias. Essas tempestades lançam enormes nuvens de material estelar e radiação no espaço, interagindo com atmosferas de exoplanetas e produzindo bioassinaturas que podem ser detectadas.
O estudo, intitulado "Faróis Atmosféricos da Vida de Exoplanetas em torno das Estrelas G e K", apareceu recentemente em Nature Scientific Reports. Liderada por Vladimir S. Airapetian, astrofísico sênior da Divisão de Ciências Heliofísicas (HSD) do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA, a equipe incluiu membros do Centro de Pesquisa Langley da NASA, do Science Systems and Applications Incorporated (SSAI) e da Universidade Americana .
Tradicionalmente, os pesquisadores pesquisam sinais de oxigênio e metano nas atmosferas de exoplanetas, uma vez que esses são subprodutos bem conhecidos de processos orgânicos. Com o tempo, esses gases se acumulam, atingindo quantidades que podem ser detectadas por espectroscopia. No entanto, essa abordagem é demorada e requer que os astrônomos passem dias tentando observar espectros de um planeta distante.
Mas, de acordo com Airapetian e seus colegas, é possível procurar assinaturas mais grosseiras em mundos potencialmente habitáveis. Essa abordagem dependeria da tecnologia e dos recursos existentes e levaria consideravelmente menos tempo. Como Airapetian explicou em um comunicado de imprensa da NASA:
"Estamos em busca de moléculas formadas de pré-requisitos fundamentais para a vida - especificamente nitrogênio molecular, que é 78% da nossa atmosfera. Essas são moléculas básicas que são biologicamente amigáveis e têm forte poder de emissão de infravermelho, aumentando nossa chance de detectá-las. ”
Usando a vida na Terra como modelo, Airapetian e sua equipe criaram um novo método para observar sinais de vapor de água, nitrogênio e subprodutos gasosos de oxigênio em atmosferas de exoplanetas. O verdadeiro truque, no entanto, é tirar proveito dos tipos de eventos climáticos extremos que ocorrem com estrelas anãs ativas. Esses eventos, que expõem as atmosferas planetárias a explosões de radiação, causam reações químicas que os astrônomos podem captar.
Quando se trata de estrelas como o nosso Sol, uma anã amarela do tipo G, esses eventos climáticos são comuns quando ainda são jovens. No entanto, sabe-se que outras estrelas amarelas e laranja permanecem ativas por bilhões de anos, produzindo tempestades de partículas energéticas carregadas. E as estrelas do tipo M (anã vermelha), o tipo mais comum no Universo, permanecem ativas por toda a vida, sujeitando periodicamente seus planetas a miniflores.
Quando atingem um exoplaneta, reagem com a atmosfera e causam a dissociação química de nitrogênio (N²) e oxigênio (O²) gás em átomos únicos e vapor de água em hidrogênio e oxigênio. Os átomos quebrados de nitrogênio e oxigênio causam uma cascata de reações químicas que produzem hidroxil (OH), mais oxigênio molecular (O) e óxido nítrico (NO) - o que os cientistas chamam de "faróis atmosféricos".
Quando a luz das estrelas atinge a atmosfera de um planeta, essas moléculas de farol absorvem a energia e emitem radiação infravermelha. Examinando os comprimentos de onda específicos dessa radiação, os cientistas são capazes de determinar quais elementos químicos estão presentes. A força do sinal desses elementos também é uma indicação da pressão atmosférica. Tomadas em conjunto, essas leituras permitem ao cientista determinar a densidade e a composição de uma atmosfera.
Por décadas, os astrônomos também usaram um modelo para calcular como o ozônio (O³) é formado na atmosfera da Terra a partir do oxigênio exposto à radiação solar. Usando este mesmo modelo - e combinando-o com eventos climáticos espaciais esperados de estrelas frias e ativas - Airapetian e seus colegas procuraram calcular quanto óxido nítrico e hidroxila se formariam em uma atmosfera semelhante à Terra e quanto ozônio seria destruído .
Para conseguir isso, eles consultaram dados da missão Termoesfera Ionosfera Mesosfera Energética Dinâmica (TIMED), que estuda a formação de faróis na atmosfera da Terra há anos. Especificamente, eles usaram dados do instrumento Sounding of the Atmosphere usando Radiometry de Emissão de Banda Larga (SABRE), o que lhes permitiu simular como as observações infravermelhas desses beacons poderiam aparecer nas atmosferas de exoplanetas.
Como Martin Mlynczak, investigador principal associado do SABRE no Langley Research Center da NASA e co-autor do artigo, indicou:
"Tomando o que sabemos sobre a radiação infravermelha emitida pela atmosfera da Terra, a idéia é examinar os exoplanetas e ver que tipo de sinais podemos detectar. Se encontrarmos sinais de exoplanetas quase na mesma proporção que os da Terra, poderíamos dizer que o planeta é um bom candidato para hospedar a vida. "
O que eles descobriram foi que a frequência de intensas tempestades estelares estava diretamente relacionada à força dos sinais de calor provenientes dos faróis atmosféricos. Quanto mais tempestades ocorrem, mais moléculas de farol são criadas, gerando um sinal forte o suficiente para ser observado da Terra com um telescópio espacial e com base em apenas duas horas de tempo de observação.
Eles também descobriram que esse tipo de método pode eliminar exoplanetas que não possuem um campo magnético semelhante à Terra, que interage naturalmente com partículas carregadas do Sol. A presença de tal campo é o que garante que a atmosfera de um planeta não seja removida e, portanto, é essencial para a habitabilidade. Como Airapetian explicou:
“Um planeta precisa de um campo magnético, que protege a atmosfera e protege o planeta de tempestades estelares e radiação. Se os ventos estelares não são tão extremos que comprimem o campo magnético de um exoplaneta perto de sua superfície, o campo magnético impede a fuga atmosférica, para que haja mais partículas na atmosfera e um forte sinal infravermelho resultante. ”
Este novo modelo é significativo por vários motivos. Por um lado, mostra como as pesquisas que permitiram estudos detalhados da atmosfera da Terra e como ela interage com o clima espacial estão sendo agora direcionadas ao estudo de exoplanetas. Também é empolgante, pois poderia permitir novos estudos sobre a habitabilidade de exoplanetas em torno de certas classes de estrelas - variando de muitos tipos de estrelas amarelas e alaranjadas a estrelas anãs vermelhas e frias.
As anãs vermelhas são o tipo mais comum de estrela no Universo, representando 70% das estrelas nas galáxias espirais e 90% nas galáxias elípticas. Além disso, com base em descobertas recentes, os astrônomos estimam que as estrelas anãs vermelhas provavelmente têm sistemas de planetas rochosos. A equipe de pesquisa também antecipa que instrumentos espaciais da próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb, aumentarão a probabilidade de encontrar planetas habitáveis usando esse modelo.
Como William Danchi, astrofísico sênior de Goddard e co-autor do estudo, disse:
“Novas idéias sobre o potencial de vida dos exoplanetas dependem criticamente de pesquisas interdisciplinares nas quais dados, modelos e técnicas são utilizados nas quatro divisões científicas da NASA Goddard: heliofísica, astrofísica, ciências planetárias e da Terra. Essa mistura produz novos e poderosos caminhos para a pesquisa de exoplanetas. ”
Até que possamos estudar exoplanetas diretamente, qualquer desenvolvimento que torne as bioassinaturas mais discerníveis e fáceis de detectar é incrivelmente valioso. Nos próximos anos, o Project Blue e o Breakthrough Starshot esperam conduzir os primeiros estudos diretos do sistema Alpha Centauri. Enquanto isso, modelos aprimorados que permitem pesquisar inúmeras outras estrelas em busca de exoplanetas potencialmente habitáveis são de ouro!
Eles não apenas melhorarão muito nosso entendimento de quão comuns são esses planetas, como também podem nos apontar na direção de um ou mais Terra 2.0s!
