Um novo estudo mostra como os produtos químicos na atmosfera de um exoplaneta podem, em alguns casos, revelar se a temperatura em sua superfície é ou não muito quente para a água líquida.
Em nosso sistema solar, os planetas são pequenos e rochosos (como a Terra) ou grandes e gasosos (como Netuno). Mas em torno de outras estrelas, os astrônomos descobriram planetas que ficam no meio – mundos ligeiramente maiores que a Terra, mas menores que Netuno. Esses planetas podem ter superfícies rochosas ou oceanos de água líquida, mas a maioria provavelmente terá atmosferas muitas vezes mais espessas que a da Terra e opacas.

No novo estudo, aceito no Astrophysical Journal Letters , os pesquisadores mostram como a química dessas atmosferas pode revelar pistas sobre o que está por baixo – especificamente, quais planetas são quentes demais para suportar oceanos de água líquida. Como a água líquida é um ingrediente necessário para a vida como a conhecemos, essa técnica pode ajudar os cientistas a restringir sua busca por exoplanetas potencialmente habitáveis, ou planetas além do nosso sistema solar. Mais de 4.500 exoplanetas foram confirmados em nossa galáxia, com mais de 7.700 candidatos ainda a serem confirmados, mas os cientistas estimam que existam centenas de bilhões de exoplanetas em nossa galáxia.

Alguns telescópios espaciais da NASA equipados com espectrômetros podem revelar a composição química da atmosfera de um exoplaneta. Um perfil químico da Terra não seria capaz de revelar imagens de, digamos, vacas ou humanos na superfície do planeta, mas mostraria dióxido de carbono e metano produzidos por mamíferos e oxigênio produzido por árvores. Nenhum desses produtos químicos por si só seria um sinal de vida, mas em combinação eles apontariam para a possibilidade de que nosso planeta seja habitado.

O novo artigo mostra quais produtos químicos podem apontar para oceanos escondidos em exoplanetas entre 1,7 e 3,5 vezes o diâmetro da Terra. Como Netuno tem cerca de quatro vezes o diâmetro da Terra, esses planetas às vezes são chamados de "sub-Netunos".

Uma atmosfera espessa em um planeta sub-Netuno prenderia o calor na superfície e aumentaria a temperatura. Se a atmosfera atingir um certo limite – normalmente cerca de 1.430 graus Fahrenheit (770 graus Celsius) – ela passará por um processo chamado equilíbrio termoquímico que altera seu perfil químico. Depois que o equilíbrio termoquímico ocorrer – e supondo que a atmosfera do planeta seja composta principalmente de hidrogênio, o que é típico de exoplanetas gasosos – carbono e nitrogênio estarão predominantemente na forma de metano e amônia.

Esses produtos químicos estariam em grande parte ausentes em uma atmosfera mais fria e mais fina, onde o equilíbrio termoquímico não ocorreu. Nesse caso, as formas dominantes de carbono e nitrogênio seriam dióxido de carbono e moléculas de dois átomos de nitrogênio.

Um oceano de água líquida sob a atmosfera deixaria sinais adicionais, de acordo com o estudo, incluindo a ausência de quase toda amônia perdida, que seria dissolvida no oceano. O gás amônia é altamente solúvel em água, dependendo do pH do oceano (seu nível de acidez). Em uma ampla gama de níveis plausíveis de pH oceânico, os pesquisadores descobriram que a atmosfera deveria estar virtualmente livre de amônia quando há um oceano maciço por baixo.

Além disso, haveria mais dióxido de carbono do que monóxido de carbono na atmosfera; em contraste, após o equilíbrio termoquímico, deve haver mais monóxido de carbono do que dióxido de carbono se houver quantidades detectáveis ​​de qualquer um.

"Se virmos as assinaturas do equilíbrio termoquímico, concluiremos que o planeta é quente demais para ser habitável", disse Renyu Hu, pesquisador do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, que liderou o estudo. “Vice-versa, se não vermos a assinatura do equilíbrio termoquímico e também vermos assinaturas de gás dissolvido em um oceano de água líquida, tomaríamos isso como uma forte indicação de habitabilidade”.

O Telescópio Espacial James Webb da NASA, programado para ser lançado em 18 de dezembro, levará um espectrômetro capaz de estudar atmosferas de exoplanetas. Cientistas como Hu estão trabalhando para antecipar que tipos de perfis químicos Webb verá nessas atmosferas e o que eles podem revelar sobre esses mundos distantes. O observatório tem a capacidade de identificar sinais de equilíbrio termoquímico em atmosferas sub-Netuno – em outras palavras, sinais de um oceano oculto – conforme identificado no artigo.

À medida que Webb descobre novos planetas ou faz estudos mais aprofundados de planetas conhecidos, essas informações podem ajudar os cientistas a decidir quais deles são dignos de observações adicionais, especialmente se os cientistas quiserem atingir planetas que possam abrigar vida.

“Não temos evidências observacionais diretas para nos dizer quais são as características físicas comuns para sub-Netunos”, disse Hu. "Muitos deles podem ter atmosferas massivas de hidrogênio, mas alguns ainda podem ser 'planetas oceânicos'." Espero que este artigo motive muitas outras observações em um futuro próximo para descobrir."