Esquema mostrando os caminhos de reação da biosfera e uma visão geral da interação com a atmosfera capturada em nossa estrutura de modelagem. As caixas verdes mostram processos, tanto bióticos (contorno tracejado) quanto abióticos (contorno sólido), os círculos mostram reservatórios de espécies e as setas mostram fluxos entre reservatórios através dos diferentes processos. A liberação de gases vulcânicos impulsiona a produtividade biosférica, fornecendo doadores de elétrons para produtores primários. Estes são usados para catabolismo para produzir energia e CH4 como um produto residual, sendo esta energia utilizada para a produção de biomassa, que é então reciclada por consumidores secundários e eventualmente convertida em CH4 novamente ou a biomassa fica enterrada nos sedimentos. Crédito:arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2404.11611 A busca por planetas extrasolares está atualmente passando por uma mudança sísmica. Com a implantação do Telescópio Espacial Kepler e do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), os cientistas descobriram milhares de exoplanetas, a maioria dos quais foram detectados e confirmados através de métodos indiretos.
Mas nos anos mais recentes, e com o lançamento do Telescópio Espacial James Webb (JWST), o campo tem estado em transição para o da caracterização. Neste processo, os cientistas baseiam-se nos espectros de emissão das atmosferas dos exoplanetas para procurar as assinaturas químicas que associamos à vida (bioassinaturas).
No entanto, há alguma controvérsia sobre os tipos de assinaturas que os cientistas deveriam procurar. Essencialmente, a astrobiologia usa a vida na Terra como modelo ao procurar indicações de vida extraterrestre, da mesma forma que os caçadores de exoplanetas usam a Terra como padrão para medir a “habitabilidade”.
Mas, como muitos cientistas salientaram, a vida na Terra e o seu ambiente natural evoluíram consideravelmente ao longo do tempo. Em um artigo recente postado no arXiv servidor de pré-impressão, uma equipe internacional demonstrou como os astrobiólogos poderiam procurar vida no TRAPPIST-1e com base no que existia na Terra há bilhões de anos.
A equipe era composta por astrônomos e astrobiólogos do Global Systems Institute e dos Departamentos de Física e Astronomia, Matemática e Estatística e Ciências Naturais da Universidade de Exeter. A eles se juntaram pesquisadores da Escola de Ciências da Terra e do Oceano da Universidade de Victoria e do Museu de História Natural de Londres.
O artigo que descreve suas descobertas, "Biosignatures from pre-oxygen photosynthesizing life on TRAPPIST-1e", será publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. .
O sistema TRAPPIST-1 tem sido o ponto focal de atenção desde que os astrónomos confirmaram a presença de três exoplanetas em 2016, que cresceu para sete no ano seguinte. Sendo um dos muitos sistemas com uma estrela-mãe do tipo M (anã vermelha) mais fria e de baixa massa, existem questões não resolvidas sobre se algum dos seus planetas poderia ser habitável. Muito disso diz respeito à natureza variável e instável das anãs vermelhas, que são propensas à atividade de explosões e podem não produzir fótons suficientes para alimentar a fotossíntese.
Com tantos planetas rochosos encontrados orbitando sóis anões vermelhos, incluindo o exoplaneta mais próximo do nosso sistema solar (Proxima b), muitos astrónomos sentem que estes sistemas seriam o local ideal para procurar vida extraterrestre. Ao mesmo tempo, também enfatizaram que estes planetas precisariam de ter atmosferas espessas, campos magnéticos intrínsecos, mecanismos de transferência de calor suficientes, ou todas as opções acima. Determinar se os exoplanetas têm estes pré-requisitos para a vida é algo que o JWST e outros telescópios da próxima geração – como o Extremely Large Telescope (ELT) proposto pelo ESO – deverão permitir.
Mas mesmo com estes e outros instrumentos da próxima geração, ainda há a questão de quais bioassinaturas devemos procurar. Tal como referido, o nosso planeta, a sua atmosfera e toda a vida tal como a conhecemos evoluíram consideravelmente ao longo dos últimos 4 mil milhões de anos. Durante o Éon Arqueano (cerca de 4 a 2,5 bilhões de anos atrás), a atmosfera da Terra era predominantemente composta de dióxido de carbono, metano e gases vulcânicos, e existiam pouco mais do que microrganismos anaeróbicos. Somente nos últimos 1,62 mil milhões de anos é que a primeira vida multicelular apareceu e evoluiu até à sua complexidade actual.
Além disso, o número de passos evolutivos (e a sua dificuldade potencial) necessários para chegar a níveis mais elevados de complexidade significa que muitos planetas poderão nunca desenvolver vida complexa. Isto é consistente com a Hipótese do Grande Filtro, que afirma que embora a vida possa ser comum no universo, a vida avançada pode não ser. Como resultado, biosferas microbianas simples semelhantes às que existiram durante o Arqueano poderiam ser as mais comuns. A chave, então, é realizar pesquisas que isolem bioassinaturas consistentes com a vida primitiva e as condições que eram comuns à Terra há milhares de milhões de anos.
Como o Dr. Jake Eager-Nash, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Victoria e principal autor do estudo, explicou ao Universe Today por e-mail:
"Acho que a história da Terra fornece muitos exemplos de como seriam os exoplanetas habitados, e é importante compreender as bioassinaturas no contexto da história da Terra, pois não temos outros exemplos de como seria a vida em outros planetas. Durante o Arqueano, quando Acredita-se que a vida tenha surgido pela primeira vez, houve um período de cerca de um bilhão de anos antes que a fotossíntese produtora de oxigênio evoluísse e se tornasse o produtor primário dominante, as concentrações de oxigênio eram realmente baixas. poderia passar muito tempo em um período como este sem bioassinaturas de oxigênio e ozônio, por isso é importante entender como são as bioassinaturas do tipo arqueano."
Para o seu estudo, a equipe elaborou um modelo que considerava condições semelhantes às do Arqueano e como a presença de formas de vida primitivas consumiria alguns elementos e adicionaria outros. Isso produziu um modelo no qual bactérias simples que vivem nos oceanos consomem moléculas como hidrogênio (H) ou monóxido de carbono (CO), criando carboidratos como fonte de energia e metano (CH4 ) como resíduo. Eles então consideraram como os gases seriam trocados entre o oceano e a atmosfera, levando a concentrações mais baixas de H e CO e maiores concentrações de CH4 . Disse Eager-Nash:
"Acredita-se que bioassinaturas do tipo arqueano exijam a presença de metano, dióxido de carbono e vapor de água, bem como a ausência de monóxido de carbono. Isso ocorre porque o vapor de água dá uma indicação de que há água, enquanto uma atmosfera com ambos metano e monóxido de carbono indicam que a atmosfera está em desequilíbrio, o que significa que ambas as espécies não deveriam existir juntas na atmosfera, pois a química atmosférica converteria uma na outra, a menos que haja algo, como a vida, que mantenha esse desequilíbrio . A ausência de monóxido de carbono é importante porque se pensa que a vida desenvolveria rapidamente uma forma de consumir esta fonte de energia."
Quando a concentração de gases for maior na atmosfera, o gás se dissolverá no oceano, reabastecendo o hidrogênio e o monóxido de carbono consumidos pelas formas de vida simples. À medida que os níveis de metano produzido biologicamente aumentam no oceano, ele será liberado na atmosfera, onde ocorrerá química adicional e diferentes gases serão transportados ao redor do planeta. A partir disso, a equipe obteve uma composição geral da atmosfera para prever quais bioassinaturas poderiam ser detectadas.
“O que descobrimos é que é provável que o monóxido de carbono esteja presente na atmosfera de um planeta semelhante ao Arqueano que orbita um anão M”, disse Eager-Nash. "Isso ocorre porque a estrela hospedeira impulsiona a química que leva a concentrações mais altas de monóxido de carbono em comparação com um planeta orbitando o Sol, mesmo quando você tem esse [composto] que consome vida."
Durante anos, os cientistas consideraram como uma zona habitável circunsolar (CHZ) poderia ser estendida para incluir condições semelhantes às da Terra de períodos geológicos anteriores. Da mesma forma, os astrobiólogos têm trabalhado para lançar uma rede mais ampla sobre os tipos de bioassinaturas associadas a formas de vida mais antigas (como organismos fotossintetizantes da retina). Neste último estudo, Eager-Nash e seus colegas estabeleceram uma série de bioassinaturas (água, monóxido de carbono e metano) que poderiam levar à descoberta de vida em planetas rochosos da era Arqueana orbitando sóis semelhantes ao Sol e anãs vermelhas.
