O Telescópio Espacial James Webb da NASA tem estado ocupado observando alguns desses planetas pequenos e potencialmente habitáveis, e os astrônomos estão agora trabalhando arduamente na análise dos dados de Webb
Os Drs. Knicole Colón e Christopher Stark, dois cientistas do projeto Webb no Goddard Space Flight Center da NASA, contaram mais sobre os desafios no estudo desses outros mundos.
“Um planeta potencialmente habitável é frequentemente definido como um planeta semelhante em tamanho à Terra que orbita na ‘zona habitável’ da sua estrela, um local onde o planeta poderia ter uma temperatura onde poderia existir água líquida na sua superfície. Atualmente conhecemos cerca de 30 planetas que podem ser planetas pequenos e rochosos como a Terra e que orbitam na zona habitável. No entanto, não há garantia de que um planeta que orbita na zona habitável seja realmente habitável (poderia sustentar vida), muito menos habitado (atualmente sustenta vida). No momento em que este artigo foi escrito, havia apenas um planeta habitável e habitado conhecido – a Terra!”
“Os mundos potencialmente habitáveis que Webb está a observar são todos exoplanetas em trânsito, o que significa que as suas órbitas estão quase de lado, de modo que passam em frente das suas estrelas hospedeiras. Webb aproveita essa orientação para realizar espectroscopia de transmissão quando o planeta passa na frente de sua estrela. Esta orientação permite-nos examinar a luz estelar filtrada através das atmosferas dos planetas para aprender sobre as suas composições químicas. No entanto, a quantidade de luz estelar bloqueada pela fina atmosfera de um pequeno planeta rochoso é minúscula, normalmente muito menor que 0,02%. Simplesmente detectar uma atmosfera em torno desses pequenos mundos é muito desafiador.”
“Identificar a presença de vapor d’água, que pode reforçar a possibilidade de habitabilidade, é ainda mais difícil. A busca por bioassinaturas (gases produzidos biologicamente) é extraordinariamente difícil, mas também uma tarefa emocionante. Atualmente, existem apenas alguns mundos pequenos e potencialmente habitáveis que são considerados acessíveis à caracterização atmosférica com Webb, que inclui os planetas LHS 1140 b e TRAPPIST-1 e.”
“Alguns trabalhos teóricos recentes que exploram a detectabilidade de moléculas gasosas na atmosfera do planeta LHS 1140 b, do tamanho de uma super-Terra, destacam vários desafios na procura de bioassinaturas. O trabalho observa que seriam necessários aproximadamente 10 a 50 trânsitos do planeta em torno de sua estrela hospedeira, equivalentes a 40 a 200 horas de observação com Webb, para tentar detectar possíveis bioassinaturas, como amônia, fosfina, clorometano e óxido nitroso, na melhor das hipóteses, uma atmosfera clara e sem nuvens.”
“Dado que Webb não pode visualizar o sistema LHS 1140 durante todo o ano devido à localização do sistema no céu, levaria vários anos, senão perto de uma década, para coletar 50 observações de trânsito do LHS 1140 b. A busca por bioassinaturas pode exigir ainda mais de 50 observações de trânsito se a atmosfera do planeta estiver nublada. Sabe-se que a maioria dos pequenos exoplanetas tem nuvens ou neblinas que amortecem ou obscurecem o sinal que está sendo procurado. Os sinais atmosféricos destes gases de bioassinatura também tendem a sobrepor-se a outros sinais atmosféricos esperados (por exemplo, devido ao metano gasoso ou ao dióxido de carbono), pelo que a distinção entre os vários sinais é outro desafio.”
“Um caminho potencial na busca por bioassinaturas está no estudo dos planetas Hycean, que são uma classe teórica de planetas do tamanho da super-Terra com uma atmosfera relativamente fina e rica em hidrogênio e um substancial oceano de água líquida. A super-Terra K2-18 b é uma candidata a um planeta Hycean potencialmente habitável com base em dados atuais de Webb e outros observatórios. Um trabalho publicado recentemente usou o NIRSpec e o NIRISS para detectar metano e dióxido de carbono na atmosfera de K2-18 b, mas não água. Isto significa que a sugestão de que K2-18 b é um mundo Hycean com um oceano de água líquida permanece baseada em modelos teóricos, sem nenhuma evidência observacional direta ainda.”
“Os autores do trabalho também sugeriram a possível presença da potencial bioassinatura de sulfeto de dimetila na atmosfera de K2-18 b, mas o sinal potencial de sulfeto de dimetila é muito fraco para uma detecção conclusiva nos dados atuais. O conceito e estudo da classe de planetas Hycean é muito novo, de modo que interpretações alternativas para o cenário oceânico de água líquida (e, portanto, para o potencial para um ambiente habitável) ainda estão sendo exploradas. As próximas observações de Webb com os instrumentos NIRSpec e MIRI deverão lançar mais luz sobre a natureza do potencial planeta Hycean K2-18 b e sobre a possível presença de sulfeto de dimetila em sua atmosfera.”
“Um outro fator de confusão que torna desafiante o estudo de Webb de mundos pequenos e potencialmente habitáveis é que as estrelas hospedeiras também podem exibir sinais de vapor de água. Isto foi explorado em observações recentes de Webb do exoplaneta rochoso conhecido como GJ 486 b. Temos, portanto, o desafio adicional de determinar se o vapor de água detectado pelo Webb provém realmente da atmosfera de um planeta e não da sua estrela.”
“A detecção de bioassinaturas nas atmosferas de planetas em trânsito pequenos e potencialmente habitáveis que orbitam estrelas frias é um empreendimento extremamente desafiador, normalmente exigindo condições ideais (por exemplo, atmosferas livres de nuvens) ou assumindo ambientes primitivos da Terra (ou seja, diferentes da Terra moderna como sabemos disso), a detecção de sinais significativamente menores que 200 partes por milhão, uma estrela bem comportada sem vapor de água significativo em manchas estelares e uma quantidade significativa de tempo de telescópio para alcançar relação sinal-ruído suficiente.”
“Também é importante ter em mente que a detecção de uma única bioassinatura, por qualquer meio, não constitui descoberta de vida. A descoberta de vida num exoplaneta provavelmente exigirá um grande conjunto de bioassinaturas detectadas inequivocamente, dados de múltiplas missões e observatórios e extensos esforços de modelagem atmosférica, um processo que provavelmente levará anos. O poder do Webb é que ele tem a sensibilidade para detectar e começar a caracterizar as atmosferas de alguns dos planetas potencialmente habitáveis mais promissores que orbitam estrelas frias.”
“Webb, particularmente, tem a capacidade de detectar uma série de moléculas importantes para a vida, como vapor de água, metano e dióxido de carbono. Nosso objetivo é aprender o máximo que pudermos sobre mundos que podem ser potencialmente habitáveis, mesmo que não possamos identificar definitivamente assinaturas habitáveis com Webb. As observações de Webb, combinadas com estudos de exoplanetas pelo próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, acabarão por estabelecer as bases para o futuro Observatório de Mundos Habitáveis, que será a primeira missão da NASA construída especificamente para obter imagens diretas e procurar vestígios químicos causados pela vida na Terra.”
