JWST mostrou que pode detectar assinaturas de vida em exoplanetas

A conversaOs ingredientes da vida são espalhado por todo o universo. Enquanto a Terra é o único lugar conhecido no universo com vida, detectar vida fora da Terra é uma objetivo principal a partir de astronomia moderna e ciência planetária.

Somos dois cientistas estudando exoplanetas e astrobiologia. Graças em grande parte aos telescópios de última geração como James Webb, pesquisadores como nós em breve poderão medir a composição química das atmosferas dos planetas ao redor de outras estrelas. A esperança é que um ou mais desses planetas tenham uma assinatura química de vida.

Existem muitos exoplanetas conhecidos em zonas habitáveis ​​- órbitas não muito próximas de uma estrela onde a água ferve, mas não tão longe que o planeta esteja congelado – como marcado em verde tanto para o sistema solar quanto para o sistema Kepler-186 Star com seus planetas rotulados b, c, d, e e f. Crédito: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech/Wikimedia Commons

Exoplanetas habitáveis

vida poderia existir no sistema solar onde há água líquida – como os aquíferos de Marte ou nos oceanos da lua de Júpiter, Europa. No entanto, encontrar vida nesses locais é incrivelmente difícil, pois são difíceis de alcançar e a detecção de vida exigiria o envio de uma sonda para retornar amostras físicas.

Muitos astrônomos acreditam que existe boas chances de que a vida exista em planetas orbitando outras estrelase é possível que é onde A vida é encontrada primeiro.

Cálculos teóricos sugerem que é em torno de 300 milhões de planetas potencialmente habitáveis sozinho na Via Láctea e vários planetas habitáveis ​​do tamanho da Terra a apenas 30 anos-luz da Terra — essencialmente os vizinhos galácticos da humanidade. Até agora, os astrônomos descobriu mais de 5.000 exoplanetasincluindo centenas de potencialmente habitáveis, com métodos indiretos medir como um planeta afeta sua estrela próxima. Essas medições podem fornecer aos astrônomos informações sobre a massa e o tamanho de um exoplaneta, mas não muito mais.

Cada material absorve comprimentos de onda específicos de luz, conforme ilustrado neste gráfico, que mostra os comprimentos de onda de luz mais facilmente absorvidos por diferentes tipos de clorofila. Crédito da foto: Daniele Pugliesi/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Em busca de bioassinaturas

Para descobrir a vida em um planeta distante, os astrobiólogos estudarão a luz das estrelas disponível interage com a superfície ou atmosfera de um planeta. Se a atmosfera ou superfície foi alterada pela vida, a luz pode conter uma pista chamada “bioassinatura”.

Durante a primeira metade de sua existência, a Terra tinha uma atmosfera livre de oxigênio, embora suportasse vida simples e unicelular. A bioassinatura da Terra era muito fraca durante esta era inicial. Isso mudou de repente 2,4 bilhões de anos atrás quando uma nova família de algas evoluiu. As algas utilizam um processo de fotossíntese que produz oxigênio livre – oxigênio que não está quimicamente ligado a outro elemento. A partir desse ponto, a atmosfera cheia de oxigênio da Terra deixou uma bioassinatura forte e facilmente detectável na luz que passa por ela.

Quando a luz é refletida na superfície de um material ou viaja através de um gás, é mais provável que certos comprimentos de onda de luz permaneçam presos na superfície do gás ou material do que outros. Esse aprisionamento seletivo de comprimentos de onda de luz é o motivo pelo qual os objetos têm cores diferentes. As folhas são verdes porque a clorofila absorve a luz na faixa de comprimento de onda vermelho e azul particularmente bem. Quando a luz atinge uma folha, os comprimentos de onda vermelho e azul são absorvidos, deixando principalmente a luz verde para refletir de volta em seus olhos.

O padrão de falta de luz é determinado pela composição específica do material com o qual a luz interage. Por causa disso, os astrônomos podem aprender sobre a composição da atmosfera ou superfície de um exoplaneta medindo essencialmente a cor específica da luz proveniente de um planeta.

Esse método pode detectar a presença de certos gases atmosféricos associados à vida, como oxigênio ou metano, porque esses gases deixam assinaturas muito específicas na luz. Também poderia ser usado para detectar cores específicas na superfície de um planeta. Na Terra, por exemplo, a clorofila e outros pigmentos que plantas e algas usam para a fotossíntese capturam comprimentos de onda específicos de luz. Esses pigmentos criar cores distintas que pode ser detectado com uma câmera infravermelha sensível. Se você visse essa cor refletida na superfície de um planeta distante, isso poderia indicar a presença de clorofila.

Telescópios no espaço e na terra

O Telescópio Espacial James Webb é o primeiro telescópio capaz de detectar assinaturas químicas de exoplanetas, mas é limitado em suas capacidades. Crédito da foto: NASA/Wikimedia Commons

É preciso um telescópio incrivelmente poderoso para detectar essas mudanças sutis na luz provenientes de um exoplaneta potencialmente habitável. Atualmente, o novo telescópio é o único telescópio capaz de tal feito Telescópio Espacial James Webb. Quando começou a fazer ciência Em julho de 2022, James Webb fez uma leitura de The Spectrum of Exoplaneta gigante gasoso WASP-96b. O espectro mostrou a presença de água e nuvens, mas é improvável que um planeta tão grande e quente quanto WASP-96b hospede vida.

No entanto, esses dados iniciais indicam que James Webb é capaz de detectar assinaturas químicas fracas à luz de exoplanetas. Nos próximos meses, Webb estará voltando seus espelhos para TRAPPIST-1eum planeta potencialmente habitável do tamanho da Terra, a apenas 39 anos-luz da Terra.

Webb pode procurar bioassinaturas examinando planetas à medida que passam na frente de suas estrelas hospedeiras e capturando-as Luz das estrelas penetrando na atmosfera do planeta. Mas o Webb não foi projetado para procurar vida, então o telescópio só pode estudar alguns dos mundos potencialmente habitáveis ​​mais próximos. Ele também pode detectar apenas alterações Dióxido de carbono, metano e vapor de água na atmosfera. Enquanto certas combinações desses gases pode sugerir vidaWebb é incapaz de detectar a presença de oxigênio livre, que é o sinal mais forte para a vida.

Os principais conceitos para telescópios espaciais futuros e ainda mais poderosos incluem planos para bloquear a luz brilhante da estrela hospedeira de um planeta para revelar a luz estelar refletida no planeta. Essa ideia é semelhante a usar a mão para bloquear a luz do sol e dar uma olhada melhor em algo à distância. Os futuros telescópios espaciais poderiam usar pequenas máscaras internas ou naves espaciais grandes, externas, semelhantes a guarda-chuvas para fazer isso. Uma vez que a luz das estrelas é bloqueada, fica muito mais fácil estudar a luz refletida de um planeta.

Existem também três telescópios gigantes terrestres em construção que poderão procurar bioassinaturas: o Enorme Telescópio Magalhãesa Telescópio de trinta metros e a Telescópio Extremamente Grande Europeu. Cada um é muito mais poderoso do que os telescópios existentes na Terra e, apesar da desvantagem da atmosfera da Terra, que distorce a luz das estrelas, esses telescópios podem ser capazes de sondar as atmosferas dos mundos mais próximos em busca de oxigênio.

Animais, incluindo vacas, produzem metano, mas também muitos processos geológicos. Crédito da foto: Jernej Furman/Wikimedia Commons, CC POR

É biologia ou geologia?

Mesmo com os telescópios mais poderosos das próximas décadas, os astrobiólogos só poderão ver bioassinaturas fortes originárias de mundos completamente alterados pela vida.

Infelizmente, a maioria dos gases liberados pela vida terrestre também pode ser produzida por processos não biológicos – vacas e vulcões liberam metano. A fotossíntese produz oxigênio, mas também a luz solar, pois divide as moléculas de água em oxigênio e hidrogênio. Existe um boas chances de que os astrônomos detectem alguns alarmes falsos em busca de uma vida distante. Para evitar falsos positivos, os astrônomos precisam entender um planeta de interesse o suficiente para saber se é um planeta processos geológicos ou atmosféricos podem imitar uma bioassinatura.

A próxima geração de estudos de exoplanetas tem o potencial de quebrar a barra evidência extraordinária necessários para provar a existência da vida. O primeiro lançamento de dados do Telescópio Espacial James Webb nos dá um vislumbre dos avanços emocionantes que estão por vir.A conversa

Chris Impeyilustre professor universitário de astronomia, Universidade do Arizona e Daniel ApaiProfessor de Astronomia e Planetologia, Universidade do Arizona

Este artigo é republicado por A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia isso artigo original.

By Gabriel Ana

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