Alguns exoplanetas brilham mais do que outros em busca de vida além do sistema solar. Uma nova pesquisa da NASA propõe uma nova abordagem para farejar atmosferas de exoplanetas. Ele tira proveito das frequentes tempestades estelares - que lançam enormes nuvens de material estelar e radiação para o espaço - do frio, estrelas anãs jovens para destacar sinais de exoplanetas habitáveis.

Tradicionalmente, pesquisadores têm buscado bioassinaturas potenciais como formas de identificar mundos habitados:subprodutos da vida como a conhecemos, como oxigênio ou metano que com o tempo se acumulam na atmosfera em quantidades detectáveis. Mas com a tecnologia atual, de acordo com Vladimir Airapetian, autor principal de um Relatórios Científicos estudo publicado em 2 de novembro, 2017, identificar esses gases em exoplanetas terrestres distantes é demorado, exigindo dias de tempo de observação. O novo estudo sugere a caça de assinaturas mais rudes de mundos potencialmente habitáveis, em vez disso, o que seria mais fácil de detectar com os recursos atuais em menos tempo.

"Estamos em busca de moléculas formadas a partir dos pré-requisitos fundamentais para a vida - especificamente o nitrogênio molecular, que é 78 por cento da nossa atmosfera, "disse Airapetian, que é um cientista solar no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e na American University em Washington, D.C. "Estas são moléculas básicas que são biologicamente amigáveis ​​e têm um forte poder de emissão de infravermelho, aumentando nossa chance de detectá-los. "

A vida atual na Terra diz a Airapetian e sua equipe de pesquisadores que eles deveriam procurar por atmosferas ricas em vapor d'água e nitrogênio, e oxigênio, o produto da vida. O oxigênio e o nitrogênio flutuam de forma estável em sua forma molecular, isto é, dois átomos de oxigênio ou nitrogênio unidos em uma molécula. Mas na vizinhança de uma estrela anã ativa, clima espacial extremo desencadeia reações químicas distintas, que os pesquisadores podem usar como indicadores da composição atmosférica.

Estrelas como o nosso Sol são turbulentas na adolescência e freqüentemente produzem erupções poderosas que lançam partículas estelares à sua frente a velocidades próximas à da luz. Ao contrário do nosso Sol, algumas estrelas amarelas e a maioria das laranja - que são um pouco mais frias que o Sol - podem continuar a produzir essas fortes tempestades estelares por bilhões de anos, gerando enxames frequentes de partículas de alta energia.

Quando essas partículas atingem um exoplaneta, eles inundam sua atmosfera com energia suficiente para quebrar o nitrogênio molecular e o oxigênio em átomos individuais, e as moléculas de água em hidroxila - um átomo de oxigênio e hidrogênio cada, Unidos. De lá, os átomos reativos de nitrogênio e oxigênio desencadeiam uma cascata de reações químicas que, por fim, produzem o que os cientistas chamam de faróis atmosféricos:hidroxila, mais oxigênio molecular, e óxido nítrico - uma molécula feita de um átomo de nitrogênio e um de oxigênio.

Airapetian e seus colegas usaram um modelo para calcular quanto óxido nítrico e hidroxila se formariam e quanto ozônio seria destruído em uma atmosfera semelhante à da Terra em torno de uma estrela ativa. Os cientistas da Terra têm usado esse modelo por décadas para estudar como o ozônio - que se forma naturalmente quando a luz do sol atinge o oxigênio - na atmosfera superior responde às tempestades solares, mas encontrou uma nova aplicação neste estudo; A terra é, Afinal, o melhor estudo de caso disponível na busca pela vida.

Usando uma simulação de computador, os pesquisadores expuseram a atmosfera do modelo ao clima espacial que esperavam de um ambiente frio, estrela ativa. Eles descobriram que o ozônio cai ao mínimo e alimenta a produção de faróis atmosféricos.

Para pesquisadores, essas reações químicas são muito úteis. Quando a luz das estrelas atinge a atmosfera, ligações em forma de mola dentro das moléculas do farol absorvem a energia e vibram, enviando essa energia de volta para o espaço como calor, ou radiação infravermelha. Os cientistas sabem quais gases emitem radiação em determinados comprimentos de onda de luz, então, olhando para toda a radiação proveniente da atmosfera, é possível ter uma noção do que está na própria atmosfera.

Formar uma quantidade detectável dessas balizas requer uma grande quantidade de oxigênio molecular e nitrogênio. Então, se forem detectados, esses compostos podem indicar uma atmosfera repleta de química biologicamente amigável, bem como a pressão atmosférica semelhante à da Terra - e, portanto, a possibilidade de um mundo habitável, uma agulha em um vasto palheiro de exoplanetas.

Essa abordagem também visa eliminar exoplanetas sem um campo magnético semelhante ao da Terra. "Um planeta precisa de um campo magnético, que protege a atmosfera e protege o planeta de tempestades estelares e radiação, "Disse Airapetian." Se os ventos estelares não forem tão extremos a ponto de comprimir o campo magnético de um exoplaneta próximo à sua superfície, o campo magnético impede o escape atmosférico, portanto, há mais partículas na atmosfera e um sinal infravermelho resultante mais forte. "

Airapetian e seus colegas usaram dados da missão TIMED de estudo da Terra da NASA - abreviação de Thermosphere Ionosphere Mesophere Energetics Dynamics - para simular como as observações infravermelhas desses faróis podem aparecer. Os dados vieram do instrumento de espectroscopia do TIMED chamado SABRE - abreviação de Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry - que estuda a mesma química que gera os faróis atmosféricos, como ocorre na atmosfera superior da Terra em resposta à atividade solar.

"Pegando o que sabemos sobre a radiação infravermelha emitida pela atmosfera da Terra, a ideia é olhar para os exoplanetas e ver que tipo de sinais podemos detectar, "disse Martin Mlynczak, co-autor do artigo e investigador principal associado do SABRE no Langley Research Center da NASA em Hampton, Virgínia. "Se encontrarmos sinais de exoplanetas quase na mesma proporção que os da Terra, poderíamos dizer que esse planeta é um bom candidato para hospedar vida. "

Os dados do SABRE mostraram que a frequência de tempestades estelares intensas está diretamente relacionada à intensidade dos sinais de calor dos faróis atmosféricos. Com mais tempestades, mais moléculas de farol são geradas e o sinal infravermelho seria forte o suficiente, os cientistas estimam, a ser observado de exoplanetas próximos com um telescópio espacial de seis a 10 metros em apenas duas horas de observação.

"Esta é uma proposta nova e estimulante de olhar para a vida, "disse Shawn Domagal-Goldman, um astrobiólogo Goddard não ligado ao estudo. "Mas, como acontece com todos os sinais de vida, a comunidade de exoplanetas precisa pensar muito sobre o contexto. Quais são as maneiras pelas quais os processos não biológicos podem imitar essa assinatura? "

Com o tipo certo de estrela, este trabalho pode levar a novas estratégias na busca por vida que identifiquem não apenas planetas potencialmente habitáveis, mas sistemas planetários, já que a forma como a atmosfera de um planeta interage com sua estrela-mãe também tem um efeito importante em sua habitabilidade. Se sinais promissores forem detectados, pesquisadores podem coordenar observações com um futuro observatório baseado no espaço, como o telescópio espacial James Webb da NASA, aumentando a probabilidade de descobrir tal sistema potencial.

"Novos insights sobre o potencial de vida em exoplanetas dependem criticamente de pesquisas interdisciplinares em que os dados, modelos e técnicas são utilizados nas quatro divisões científicas de Goddard da NASA:heliofísica, astrofísica, ciências planetárias e terrestres, O astrofísico sênior e co-autor de Goddard, William Danchi, disse:"Esta mistura produz novos caminhos exclusivos e poderosos para a pesquisa de exoplanetas."