Não é exagero dizer que o estudo dos planetas extrasolares explodiu nas últimas décadas. A data, 4, 375 exoplanetas foram confirmados em 3, 247 sistemas, com mais 5, 856 candidatos aguardando confirmação. Nos últimos anos, os estudos de exoplanetas começaram a transição do processo de descoberta para o de caracterização. Espera-se que esse processo acelere assim que os telescópios da próxima geração se tornarem operacionais.

Como resultado, astrobiólogos estão trabalhando para criar listas abrangentes de potenciais "bioassinaturas, "que se refere a compostos e processos químicos associados à vida (oxigênio, dióxido de carbono, agua, etc.) Mas, de acordo com uma nova pesquisa de uma equipe do Massachusetts Institute of Technology (MIT), outra bioassinatura potencial que devemos estar atentos é um hidrocarboneto chamado isopreno (C ₅ H ₈ )

O estudo que descreve suas descobertas, "Avaliação de isopreno como possível gás de bioassinatura em exoplanetas com atmosfera anóxica, "apareceu recentemente online e foi aceito para publicação pela revista Astrobiologia . Para o bem de seu estudo, a equipe do MIT olhou para a lista crescente de possíveis bioassinaturas que os astrônomos estarão procurando nos próximos anos.

A data, a grande maioria dos exoplanetas foi detectada e confirmada por métodos indiretos. Em geral, astrônomos têm contado com o método de trânsito (fotometria de trânsito) e o método de velocidade radial (espectroscopia Doppler), sozinho ou em combinação. Apenas alguns foram detectados usando imagens diretas, o que torna muito difícil caracterizar atmosferas e superfícies de exoplanetas.

Apenas em raras ocasiões os astrônomos foram capazes de obter espectros que lhes permitiram determinar a composição química da atmosfera daquele planeta. Isso foi o resultado da luz que passa pela atmosfera de um exoplaneta conforme ele transita na frente de sua estrela ou nos poucos casos em que a imagem direta ocorreu e a luz refletida da atmosfera do exoplaneta pôde ser estudada.

Muito disso tem a ver com os limites de nossos telescópios atuais, que não tem a resolução necessária para observar menores, planetas rochosos que orbitam mais perto de sua estrela. Astrônomos e astrobiólogos acreditam que esses planetas são os que têm maior probabilidade de ser habitáveis, mas qualquer luz refletida de suas superfícies e atmosferas é superada pela luz que vem de suas estrelas.

Contudo, isso mudará em breve, à medida que instrumentos de próxima geração como o James Webb Space Telescope (JWST) vão para o espaço. Sara Seager, Professor da Classe de 1941 de Física e Ciências Planetárias no MIT, lidera o grupo de pesquisa responsável (também conhecido como Seager Group) e foi co-autor do artigo. Como ela disse à Universe Today por e-mail:

"Com o lançamento do Telescópio Espacial James Webb em outubro de 2021, teremos nossa primeira capacidade de pesquisar gases de bioassinatura - mas será difícil porque os sinais atmosféricos de pequenos planetas rochosos são muito fracos para começar. Com o JWST no horizonte o número de pessoas que trabalham no campo tem crescido tremendamente. Estudos como este surgindo com novos gases de bioassinatura em potencial, e outros trabalhos que mostram potenciais falsos positivos, mesmo para gases como o oxigênio. "

Uma vez implantado e operacional, o JWST será capaz de observar nosso universo em comprimentos de onda mais longos (na faixa do infravermelho próximo e médio) e com sensibilidade muito melhorada. O telescópio também contará com uma série de espectrógrafos para obter dados de composição, bem como coronógrafos para bloquear a luz obscurecida das estrelas-mãe. Esta tecnologia permitirá aos astrônomos caracterizar a atmosfera de planetas rochosos menores.

Por sua vez, esses dados permitirão que os cientistas coloquem restrições muito mais rígidas na habitabilidade de um exoplaneta e podem até levar à detecção de bioassinaturas conhecidas (e / ou potenciais). Como observado, essas "bioassinaturas" incluem as indicações químicas associadas à vida e ao processo biológico, para não falar dos tipos de condições que lhe são favoráveis.

Estes incluem gás oxigênio (O ₂ ), que é essencial para a maioria das formas de vida na Terra e é produzida por organismos fotossintéticos (plantas, árvores, cianobactéria, etc.). Esses mesmos organismos metabolizam o dióxido de carbono (CO ₂ ), que a vida que metaboliza o oxigênio emite como um produto residual. Também tem água (H ₂ O), que é essencial para toda a vida como a conhecemos, e metano (CH ₄ ), que é emitido por matéria orgânica em decomposição.

Uma vez que se acredita que a atividade vulcânica desempenha um papel importante na habitabilidade planetária, os subprodutos químicos associados ao vulcanismo - sulfeto de hidrogênio (H ₂ S), dióxido de enxofre (SO ₂ ), monóxido de carbono (CO), gás hidrogênio (H ₂ ), etc. - também são consideradas bioassinaturas. Para esta lista, Zhan, Seager, e seus colegas desejavam adicionar outra possível bioassinatura - isopreno. Como Zhan explicou à Universe Today por e-mail:

"Nosso grupo de pesquisa no MIT se concentra no uso de uma abordagem holística para explorar todos os gases possíveis como gás de bioassinatura potencial. Nosso trabalho anterior levou à criação do banco de dados de todas as moléculas pequenas. Prosseguimos para filtrar o banco de dados ASM para identificar o gás de biossinatura mais plausível. candidatos, um dos quais é isopreno, usando abordagens baseadas em dados e aprendizado de máquina. "

Como seu primo metano, isopreno é uma molécula de hidrocarboneto orgânico produzida como metabólito secundário por várias espécies aqui na Terra. Além de árvores decíduas, isopreno também é produzido por uma ampla variedade de organismos distantes da evolução, como bactérias, plantas, e animais. Como Seager explicou, isso o torna promissor como uma bioassinatura potencial:

"O isopreno é promissor porque é produzido em vastas qualidades pela vida na Terra - tanto quanto a produção de metano! Além disso, uma enorme variedade de formas de vida (de bactérias a plantas e animais), aqueles que são evolutivamente distantes uns dos outros, produzir isopreno, sugerindo que pode ser algum tipo de bloco de construção fundamental que a vida em outro lugar também pode fazer. "

Embora o isopreno seja tão abundante quanto o metano aqui na Terra, o isopreno é destruído pela interação com o oxigênio e os radicais que contêm oxigênio. Por esta razão, Zhang, Seager, e sua equipe escolheu se concentrar em atmosferas anóxicas. Estes são ambientes que são predominantemente compostos por H ₂ , CO ₂ , e gás nitrogênio (N ₂ ), que é semelhante ao que a atmosfera primordial da Terra era composta.

De acordo com suas descobertas, um planeta primordial (onde a vida está começando a surgir) teria isopreno abundante em sua atmosfera. Esse teria sido o caso na Terra entre 4 e 2,5 bilhões de anos atrás, quando organismos unicelulares eram a única vida e as cianobactérias fotossintéticas estavam lentamente convertendo a atmosfera da Terra em uma rica em oxigênio.

Há 2,5 bilhões de anos, isso culminou no "Grande Evento de Oxigenação" (GOE), que se provou tóxico para muitos organismos (e metabólitos como o isopreno). Foi também nessa época que formas de vida complexas (eucariotos e organismos multicelulares) começaram a emergir. A este respeito, isopreno poderia ser usado para caracterizar planetas que estão no meio de uma grande mudança evolutiva e estabelecer as bases para futuros filos animais.

Mas, como Zhang observou, revelar esta bioassinatura em potencial será um desafio, mesmo para o JWST:

"As advertências com o isopreno como biomarcador são que:(1) 10x-100x a taxa de produção de isopreno da Terra é necessária para a detecção; (2) A detecção de característica espectral de isopreno próximo ao infravermelho pode ser prejudicada pela presença de metano ou outros hidrocarbonetos. Único a detecção de isopreno será um desafio com JWST, já que muitas moléculas de hidrocarbonetos compartilham características de espectro semelhantes em comprimentos de onda do infravermelho próximo. Mas os futuros telescópios que se concentram no comprimento de onda do infravermelho médio serão capazes de detectar características espectrais de isopreno com exclusividade. "

Além do JWST, o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman (sucessor da missão Hubble) também será levado ao espaço em 2025. Este observatório terá a potência de 100 Hubbles e seus filtros infravermelhos recentemente atualizados permitirão caracterizar exoplanetas por conta própria e em colaboração com o JWST e outros "grandes observatórios".

Existem também vários telescópios terrestres sendo construídos atualmente aqui na Terra que contarão com espectrômetros sofisticados, coronógrafos e óptica adaptativa (AOs). Estes incluem o Extremely Large Telescope (ELT), o Telescópio Gigante de Magalhães (GMT), o Thirty Meter Telescope (TMT) Esses telescópios também serão capazes de conduzir estudos de imagem direta de exoplanetas, e espera-se que os resultados sejam inovadores.

Entre instrumentos aprimorados, melhorando rapidamente a análise de dados e técnicas, e melhorias em nossa metodologia, o estudo de exoplanetas deve apenas acelerar ainda mais. Além de ter dezenas de milhares de outros disponíveis para estudo (muitos dos quais serão rochosos e "semelhantes à Terra"), as visões sem precedentes que teremos deles nos permitirão ver quantos mundos habitáveis ​​existem.

Resta saber se isso resultará ou não na descoberta de vida extraterrestre em nossas vidas. Mas uma coisa é clara. Nos próximos anos, quando os astrônomos começarem a vasculhar todos os novos dados que terão nas atmosferas de exoplanetas, eles terão uma lista abrangente de bioassinaturas para orientá-los.