Olhando para o futuro, a NASA e outras agências espaciais têm grandes esperanças no campo da pesquisa extra-solar de planetas. Na década passada, o número de exoplanetas conhecidos atingiu apenas 4000, e espera-se que muitos mais sejam encontrados quando os telescópios da próxima geração forem colocados em serviço. E com tantos exoplanetas para estudar, os objetivos da pesquisa se afastaram lentamente do processo de descoberta e em direção à caracterização.
Infelizmente, os cientistas ainda estão atormentados pelo fato de que o que consideramos uma "zona habitável" está sujeito a muitas suposições. Abordando isso, uma equipe internacional de pesquisadores publicou recentemente um artigo no qual indicava como futuras pesquisas sobre exoplanetas poderiam olhar além dos exemplos análogos da Terra como indicações de habitabilidade e adotar uma abordagem mais abrangente.
O documento, intitulado “Previsões da zona habitável e como testá-las”, apareceu recentemente online e foi submetido como um white paper à Pesquisa Decadal Astro 2020 sobre Astronomia e Astrofísica. A equipe por trás disso foi liderada por Ramses M. Ramirez, pesquisador do Instituto de Ciências da Vida na Terra (ELSI) e do Instituto de Ciências Espaciais (SSI), a quem se juntaram co-autores e co-signatários de 23 universidades e instituições.
O objetivo da pesquisa decadal é considerar o progresso feito anteriormente em vários campos de pesquisa e estabelecer prioridades para a próxima década. Como tal, a pesquisa fornece orientações cruciais para a NASA, a National Space Foundation (NSF) e o Departamento de Energia, ao planejar suas metas de pesquisa em astronomia e astrofísica para o futuro.
Atualmente, muitos desses objetivos se concentram no estudo de exoplanetas, que serão beneficiados nos próximos anos com a implantação de telescópios da próxima geração como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o Telescópio espacial infravermelho de campo amplo (WFIRST), bem como observatórios terrestres como o Telescópio Extremamente Grande (ELT), o Telescópio de Trinta Metros e o Telescópio Gigante de Magalhães (GMT).
Uma das prioridades primordiais da pesquisa com exoplanetas é procurar planetas onde a vida extraterrestre possa existir. A esse respeito, os cientistas designam os planetas como sendo "potencialmente habitáveis" (e, portanto, dignos de observações posteriores) com base no fato de orbitarem ou não dentro das zonas habitáveis de suas estrelas (HZ). Por esse motivo, é prudente examinar o que é necessário para definir um HZ.
Como Ramirez e seus colegas indicaram em seu artigo, um dos principais problemas com a habitabilidade dos exoplanetas é o nível de suposições feitas. Para quebrá-lo, a maioria das definições de HZs pressupõe a presença de água na superfície, já que este é o único solvente atualmente conhecido por hospedar a vida. Essas mesmas definições assumem que a vida requer um planeta rochoso com atividade tectônica orbitando uma estrela adequadamente brilhante e quente.
No entanto, pesquisas recentes lançaram dúvidas sobre muitas dessas suposições. Isso inclui estudos que indicam como o oxigênio atmosférico não significa automaticamente a presença de vida - especialmente se esse oxigênio é resultado de dissociação química e não de fotossíntese. Outra pesquisa mostrou como a presença de gás oxigênio durante os primeiros períodos da evolução de um planeta poderia impedir o surgimento de formas básicas de vida.
Além disso, houve estudos recentes que mostraram como as placas tectônicas podem não ser necessárias para o surgimento da vida e que os chamados "mundos da água" podem não ser capazes de sustentar a vida (mas ainda assim). Além disso, você tem um trabalho teórico que sugere que a vida poderia evoluir em mares de metano ou amônia em outros corpos celestes.
O exemplo principal aqui é a lua de Saturno, Titã, que possui um ambiente rico em condições prebióticas e química orgânica - que alguns cientistas pensam que poderia apoiar formas de vida exóticas. No final, os cientistas pesquisam biomarcadores conhecidos como água e dióxido de carbono, porque estão associados à vida na Terra, o único exemplo conhecido de um planeta com vida.
Mas, como Ramirez explicou à Space Magazine por e-mail, essa mentalidade (onde os análogos da Terra são considerados adequados para a vida) ainda está cheia de problemas:
“A definição clássica de zona habitável é falha porque sua construção é baseada principalmente em argumentos climatológicos centrados na Terra que podem ou não ser aplicáveis a outros planetas potencialmente habitáveis. Por exemplo, pressupõe que atmosferas de CO2 com várias barras possam ser suportadas em planetas potencialmente habitáveis perto da borda externa da zona habitável. No entanto, níveis tão altos de CO2 são tóxicos para plantas e animais da Terra e, portanto, sem uma melhor compreensão dos limites da vida, não sabemos quão razoável é essa suposição.
“O HZ clássico também assume que o CO2 e o H2O são os principais gases de efeito estufa que sustentam planetas potencialmente habitáveis, mas vários estudos nos últimos anos desenvolveram definições alternativas de HZ usando diferentes combinações de gases de efeito estufa, incluindo aqueles que, embora relativamente menores na Terra, possam ser importante para outros planetas potencialmente habitáveis. "
Em um estudo anterior, o Dr. Ramirez mostrou como a presença de metano e gás hidrogênio também poderia causar
Felizmente, essas definições terão a oportunidade de serem testadas, graças à implantação de telescópios da próxima geração. Os cientistas não apenas poderão testar algumas das suposições de longa data nas quais os HZs se baseiam,
“Os telescópios da próxima geração poderiam testar a zona habitável procurando um aumento previsto na pressão atmosférica de CO2, o mais distante possível dos planetas potencialmente habitáveis de suas estrelas. Isso também testaria se o ciclo carbonato-silicato, que muitos acreditam ter mantido nosso planeta habitável por grande parte de sua história, seja um processo universal ou não. ”
Nesse processo, as rochas de silicato são convertidas em rochas de carbono através de intemperismo e erosão, enquanto as rochas de carbono são convertidas em rochas de silicato através de atividade vulcânica e geológica. Esse ciclo garante a estabilidade a longo prazo da atmosfera da Terra, mantendo os níveis de CO2 consistentes ao longo do tempo. Também ilustra como a água e as placas tectônicas são essenciais para a vida como a conhecemos.
No entanto, esse tipo de ciclo só pode existir em planetas que possuem terra, o que efetivamente exclui os "mundos da água". Acredita-se que esses exoplanetas - que podem ser comuns em torno de estrelas do tipo M (anã vermelha) - sejam até 50% de água em massa. Com essa quantidade de água em suas superfícies, é provável que os “mundos da água” tenham camadas densas de gelo em seus limites do manto principal, impedindo, assim, a atividade hidrotérmica.
Mas, como já foi observado, há algumas pesquisas que indicam que esses planetas ainda podem ser habitáveis. Embora a abundância de água impeça a absorção de dióxido de carbono pelas rochas e suprima a atividade vulcânica, simulações mostraram que esses planetas ainda podem gerar carbono entre a atmosfera e o oceano, mantendo o clima estável.
Se esses tipos de mundos oceânicos existirem, diz o Dr. Ramirez, os cientistas poderão detectá-los através de sua menor densidade planetária e atmosfera de alta pressão. E depois há a questão de vários gases de efeito estufa, que nem sempre são uma indicação de atmosferas planetárias mais quentes, dependendo do tipo de estrela.
"Embora o metano aqueça nosso planeta, descobrimos que o metano realmente esfria as superfícies dos planetas da zona habitável que orbitam estrelas anãs vermelhas!" ele disse. “Se for esse o caso, altas quantidades de metano atmosférico nesses planetas podem significar condições congeladas que talvez sejam inadequadas para hospedar a vida. Seremos capazes de observar isso em espectros planetários. ”
Falando em anãs vermelhas, o debate continua sobre se os planetas que orbitam essas estrelas seriam capazes de manter uma atmosfera. Nos últimos anos, foram feitas várias descobertas que sugerem que planetas rochosos e fechados por maré são comuns em torno de estrelas anãs vermelhas e que orbitam dentro dos respectivos HZs de suas estrelas.
No entanto, pesquisas subsequentes reforçaram a teoria de que a instabilidade das estrelas anãs vermelhas provavelmente resultaria em explosões solares que arrancariam qualquer planeta que os orbitasse de suas atmosferas. Por fim, Ramirez e seus colegas levantam a possibilidade de encontrar planetas habitáveis orbitando o que (até recentemente) era considerado um candidato improvável.
Essas seriam estrelas da sequência principal do tipo A - como Sirius A, Altair e Vega - que eram consideradas muito brilhantes e quentes para serem adequadas à habitabilidade. Disse o Dr. Ramirez dessa possibilidade:
“Também estou interessado em descobrir se existe vida em planetas de zonas habitáveis orbitando estrelas-A. Não houve muitas avaliações publicadas da habitabilidade planetária de uma estrela, mas algumas arquiteturas da próxima geração planejam observá-las. Em breve aprenderemos mais sobre a adequação das estrelas A para a vida. ”
Por fim, estudos como este, que questionam a definição de “zona habitável”, serão úteis quando as missões da próxima geração iniciarem operações científicas. Com seus instrumentos de resolução mais alta e mais sensíveis, eles poderão testar e validar muitas das previsões feitas pelos cientistas.
Esses testes também confirmarão se a vida poderia existir lá fora apenas como a conhecemos, ou também além dos parâmetros que consideramos "parecidos com a Terra". Mas, como Ramirez acrescentou, o estudo que ele e seus colegas conduziram também destaca o quão importante é que continuemos a investir em tecnologia avançada de telescópio:
“Nosso artigo também enfatiza a importância de um investimento contínuo em tecnologia avançada de telescópio. Precisamos ser capazes de encontrar e caracterizar o maior número possível de planetas de zonas habitáveis, se desejamos maximizar nossas chances de encontrar vida. No entanto, também espero que nosso artigo inspire as pessoas a sonhar além dos próximos 10 anos. Eu realmente acredito que eventualmente haverá missões que serão muito mais capazes do que qualquer coisa que estamos projetando atualmente. Nossos esforços atuais são apenas o começo de um esforço muito mais comprometido com nossa espécie. ”
A reunião do Levantamento Decadal de 2020 será realizada conjuntamente pelo Conselho de Física e Astronomia e pelo Conselho de Estudos Espaciais da Academia Nacional de Ciências, e será seguida por um relatório a ser lançado daqui a dois anos.
