Estrela iluminando a atmosfera do planetaApesar do fato de os astrônomos terem descoberto recentemente milhares de
exoplanetas , determinar a habitabilidade de um planeta assim é uma tarefa complexa. Como não podemos estudar diretamente esses planetas, os cientistas precisam procurar sinais indiretos. Eles são conhecidos como biomarcadores e consistem no aparecimento de subprodutos químicos que associamos à vida orgânica, aparecendo na atmosfera do planeta.
Em um novo estudo, a equipe de cientistas da NASA oferece um novo método para encontrar possíveis sinais de vida fora do sistema solar. Eles sugerem aproveitar as frequentes tempestades estelares que ocorrem em jovens estrelas anãs. Essas tempestades lançam enormes nuvens de material estelar e radiação no espaço, interagindo com as atmosferas de exoplanetas e emitindo biomarcadores que podemos detectar.
Recentemente, no jornal Nature Scientific Reports, apareceu um estudo, "
Luzes de sinalização de vida em atmosferas de exoplanetas em torno das estrelas das estrelas G e K ". Foi liderado por Vladimir Ayrapetyan, um astrofísico líder da
Divisão de Ciências Heliofísicas
(HSD ) do Goddard Space Flight Center da NASA. Sua equipe incluía membros do Centro de Pesquisa Langley da NASA,
Sistemas de Ciência e Aplicações Incorporadas (SSAI ) e Universidade Americana.
As luzes de sinalização da vida podem ajudar os pesquisadores a identificar mundos potencialmente habitadosGeralmente, os pesquisadores procuram sinais da presença de oxigênio e metano na atmosfera dos exoplanetas, uma vez que são os subprodutos bem conhecidos dos processos orgânicos. Com o tempo, esses gases se acumulam e atingem concentrações que podem ser detectadas por espectroscopia. No entanto, essa abordagem é demorada e requer muitos dias de trabalho para os astrônomos, quando eles tentam ver o espectro de um planeta distante.
Hayrapetyan e colegas argumentam que nos mundos potencialmente habitados, pode-se procurar sinais mais rudes. Essa pesquisa será baseada nas tecnologias e recursos existentes e levará muito menos tempo. Arapetyan explicou em um
comunicado à imprensa o seguinte:
Estamos procurando moléculas formadas pelas condições fundamentais necessárias para a existência da vida - em particular o nitrogênio molecular, que compõe 78% da nossa atmosfera. Estas são moléculas biologicamente amigáveis básicas, capazes de emitir ondas infravermelhas poderosas, o que aumenta nossas chances de detectá-las.
Usando a Terra como exemplo, Hayrapetyan e sua equipe desenvolveram um novo método para procurar sinais de subprodutos como vapor de água, nitrogênio e oxigênio em atmosferas de exoplanetas. Mas a parte mais difícil é aproveitar os eventos climáticos extremos que ocorrem em estrelas anãs ativas. Esses eventos expõem as atmosferas planetárias a flashes de radiação e causam reações químicas que os astrônomos podem ver.
A ideia do artista de uma estrela vermelha fria sobre um exoplaneta distantePara estrelas como o nosso Sol, um anão amarelo da classe G, esses eventos climáticos geralmente acontecem na juventude. Mas outras estrelas amarelas e laranja permanecem ativas por bilhões de anos, e tempestades de partículas carregadas de alta energia ocorrem nelas. E as anãs vermelhas da classe M, as estrelas mais comuns do universo, permanecem ativas por toda a vida, bombardeando periodicamente seus planetas com mini-flashes.
Atingindo exoplanetas, as chamas reagem com a atmosfera e levam à decomposição de nitrogênio N
2 e oxigênio O
2 em átomos e vapor de água em hidrogênio e oxigênio. O nitrogênio e o oxigênio deteriorados causam uma cascata de reações químicas com o aparecimento de hidroxil OH, mais oxigênio molecular O2 e óxido nítrico NO - esses são os cientistas que chamam sinais atmosféricos.
Essas moléculas absorvem a energia da luz de uma estrela que chega à atmosfera e emitem radiação infravermelha. Ao estudar certos comprimentos de onda dessa radiação, os cientistas podem determinar a presença de produtos químicos específicos. A força do sinal desses elementos também indica pressão atmosférica. Juntos, os dados obtidos permitem aos cientistas determinar a densidade e a composição da atmosfera.
Durante décadas, os astrônomos usaram um modelo para calcular a formação de ozônio O
3 na atmosfera da Terra a partir do oxigênio exposto à radiação solar. O mesmo modelo, levando em consideração os eventos climáticos esperados das estrelas ativas frias, permitiu a Hayrapetyan e colegas calcular exatamente quanto óxido nítrico e hidroxila devem formar na atmosfera semelhante à terra e quanto ozônio deve ser destruído.
Nave espacial TIMED da NASA observando a atmosfera da Terra por 15 anos (Figura)Para fazer isso, eles pegaram dados da missão Termoesfera Ionosfera Mesosfera Energética Dinâmica (
TIMED ), estudando a formação de tais sinais atmosféricos na atmosfera da Terra. Especificamente, eles usaram dados da ferramenta
SABRE , que lhes permitiu simular que radiação infravermelha de produtos químicos de sinal pode ser obtida nas atmosferas de exoplanetas.
Conforme observado por Martin Mlynczak, supervisor de pesquisa do Langley Research Center e co-autor de:
Considerando o que sabemos sobre a radiação infravermelha proveniente da atmosfera da Terra, decidimos estudar exoplanetas e ver quais sinais podemos detectar deles. Se encontrarmos sinais de exoplanetas que vêm aproximadamente nas mesmas proporções que da Terra, podemos dizer que este planeta é um bom candidato para sustentar a vida.
Eles descobriram que a frequência de fortes tempestades estelares está diretamente relacionada à força dos sinais térmicos provenientes das substâncias de sinal na atmosfera. Quanto mais tempestades acontecem, mais moléculas de sinal são criadas, como resultado dos quais seus sinais são fortes o suficiente para serem visíveis da Terra usando telescópios espaciais em apenas duas horas de observação.
Vista do exoplaneta da lua (na visão do artista)Eles também descobriram que esse método nos permite eliminar exoplanetas que não possuem um campo magnético semelhante à Terra que interage naturalmente com partículas carregadas do Sol. A presença de tal campo garante que a atmosfera não se afaste do planeta e, portanto, é necessária para a habitabilidade. Como Hayrapetyan
explicou :
O planeta precisa de um campo magnético que proteja a atmosfera de tempestades de estrelas e radiação. Se os ventos estelares não são tão fortes que pressionam o campo magnético do exoplaneta contra sua superfície, o campo magnético impede a perda de atmosfera, mais partículas permanecem nele, o que produz um sinal infravermelho mais forte.
Este modelo é importante por vários motivos. Ele mostra como estudos detalhados da atmosfera da Terra e suas interações com o clima espacial são usados para estudar exoplanetas. Também pode permitir novos estudos sobre a adequação da vida útil de exoplanetas disponíveis para estrelas de determinadas classes - tanto em amarelo quanto em laranja e em anãs vermelhas frias.
As anãs vermelhas são as estrelas mais comuns do universo. Nas galáxias espirais, sua ordem é de 70% e nas galáxias elípticas - 90%. Além disso, com base em descobertas recentes, os astrônomos
apreciam muito a probabilidade de os sistemas das anãs vermelhas aparecerem nos planetas rochosos. A equipe de pesquisa também sugere que os instrumentos espaciais da próxima geração, como
o telescópio James Webb , aumentarão a probabilidade de encontrar planetas habitados usando esse modelo.
Como artista, ele imagina um planeta em órbita ao redor de uma estrela Alpha Centauri B - um membro do sistema de estrelas triplas mais próximo da Terra.Como William Danchi, astrofísico do Goddard Center e co-autor do estudo, disse:
Novas idéias sobre a possibilidade de vida em exoplanetas são altamente dependentes de pesquisas interdisciplinares, que utilizam dados, modelos e tecnologias obtidos nas quatro divisões do Goddard Center: heliofísica, astrofísica, ciências planetárias e da terra. Essa mistura gera maneiras únicas e promissoras de estudar exoplanetas.
Antes que possamos estudar exoplanetas diretamente, quaisquer desenvolvimentos que tornem os biomarcadores mais visíveis e mais fáceis de detectar permanecem extremamente importantes. Nos próximos anos, os
projetos Project Blue e
Breakthrough Starshot esperam realizar a primeira pesquisa direta do sistema Alpha Centauri. Mas, por enquanto, os modelos aprimorados que nos ajudam a procurar exoplanetas potencialmente habitados de inúmeras estrelas não têm preço!
Eles não apenas melhoram muito nosso conhecimento da frequência de ocorrência de tais planetas, mas também podem nos ajudar a encontrar um ou mais dos planetas Terra 2.0!