Sabemos que existem milhares de exoplanetas por aí, com muitos outros milhões à espera de serem descobertos. Mas a grande maioria dos exoplanetas são simplesmente inabitáveis. Para os poucos que podem ser habitáveis, só podemos determinar se o são, examinando as suas atmosferas. LIFE, o Grande Interferômetro para Exoplanetas, pode ajudar.



A busca por bioassinaturas em exoplanetas potencialmente habitáveis ​​está esquentando. O JWST reuniu com sucesso alguns espectros atmosféricos de atmosferas de exoplanetas, mas tem muitos outros trabalhos a fazer e o tempo de observação é muito procurado. Um telescópio espacial planejado chamado LIFE é dedicado a encontrar bioassinaturas de exoplanetas e, recentemente, os pesquisadores fizeram um teste:ele pode detectar as bioassinaturas da Terra?

Como interferômetro, o LIFE é composto por cinco telescópios separados que trabalharão em uníssono para expandir o tamanho de trabalho do telescópio. LIFE está sendo desenvolvido pela ETH Zurich (Instituto Federal de Tecnologia de Zurique) na Suíça. O LIFE observará no infravermelho médio, onde podem ser encontradas as linhas espectrais dos importantes produtos químicos bioindicativos ozônio, metano e óxido nitroso.

O LIFE estará localizado em Lagrange Point 2, a cerca de 1,5 milhão de km (1 milhão de milhas) de distância, onde também está localizado o JWST. A partir desse local, observará uma lista de alvos de exoplanetas na esperança de encontrar bioassinaturas. “Nosso objetivo é detectar compostos químicos no espectro de luz que sugerem vida nos exoplanetas”, explicou Sascha Quanz, Professor de Exoplanetas e Habitabilidade na ETH Zurique, que lidera a iniciativa LIFE.

O LIFE ainda é apenas um conceito e os investigadores queriam testar o seu desempenho. Como ainda não foi construído, uma equipe de pesquisadores usou a atmosfera da Terra como teste. Eles trataram a Terra como se fosse um exoplaneta e testaram os métodos do LIFE contra o espectro atmosférico conhecido da Terra em diferentes condições. Eles usaram uma ferramenta chamada LIFEsim para trabalhar com os dados. Os pesquisadores costumam usar dados simulados para testar as capacidades da missão, mas, neste caso, usaram dados reais.

Seus resultados foram publicados no The Astronomical Journal . A pesquisa é intitulada "Grande interferômetro para exoplanetas (LIFE). XII. A detectabilidade das bioassinaturas Capstone no infravermelho médio - cheirando gás hilariante exoplanetário e halogênios metilados." O autor principal é o Dr. Daniel Angerhausen, astrofísico e astrobiólogo da ETH em Zurique.

Num cenário do mundo real, a Terra seria apenas um ponto distante, quase impossível de discernir. Tudo o que o LIFE veria seria o espectro atmosférico do planeta, que mudaria ao longo do tempo, dependendo das visualizações que o telescópio capturou e, principalmente, por quanto tempo o observou.

Estes espectros seriam recolhidos ao longo do tempo, o que leva a uma questão importante:como é que a geometria observacional e as variações sazonais afetariam as observações do LIFE?

Felizmente para a equipa de investigação, temos amplas observações da Terra com as quais podem trabalhar. Os pesquisadores trabalharam com três geometrias observacionais diferentes:duas vistas dos pólos e uma da região equatorial. Desses três pontos de vista, trabalharam com dados atmosféricos de janeiro e julho, que representam as maiores variações sazonais.

Embora as atmosferas planetárias possam ser extremamente complexas, os astrobiólogos concentram-se em certos aspectos para revelar o potencial de um planeta para acolher vida. De particular interesse são os produtos químicos N₂ 0, CH₃ Cl e CH₃ Br (óxido nitroso, clorometano e bromometano), todos os quais podem ser produzidos biogenicamente. “Usamos um conjunto de cenários derivados de modelos de cinética química que simulam a resposta atmosférica de níveis variados de produção biogênica de N₂ Ó, CH₃ Cl e CH₃ Br em O₂ - ricas atmosferas de planetas terrestres para produzir modelos avançados para o nosso software simulador de observação LIFEsim", escrevem os autores.

Em particular, os investigadores queriam saber se o LIFE será capaz de detectar CO₂ , água, ozônio e metano no planeta Terra a cerca de 30 anos-luz de distância. Estes são sinais de um mundo temperado e que sustenta a vida – especialmente o ozono e o metano, que são produzidos pela vida na Terra – por isso, se o LIFE consegue detectar a química biológica na Terra desta forma, poderá detectá-la noutros mundos.

LIFE foi capaz de detectar CO₂ , água, ozônio e metano na Terra. Também detectou algumas condições de superfície que indicam água líquida. Curiosamente, os resultados do LIFE não dependeram do ângulo a partir do qual a Terra é vista. Isto é importante porque não sabemos de que ângulos o LIFE observará os exoplanetas.

As flutuações sazonais são o outro problema e não foram tão fáceis de observar. Mas, felizmente, parece que isso não será um fator limitante. “Mesmo que a sazonalidade atmosférica não seja facilmente observada, o nosso estudo demonstra que as missões espaciais da próxima geração podem avaliar se os exoplanetas terrestres temperados próximos são habitáveis ​​ou mesmo habitados”, disse Quanz.

No entanto, detectar os produtos químicos desejados não é suficiente. A parte crítica é quanto tempo leva. Construir um interferômetro espacial que detectasse esses produtos químicos, mas demorasse muito para fazê-lo, não seria prático nem eficaz. “Utilizamos os resultados para derivar os tempos de observação necessários para a detecção destes cenários e aplicá-los para definir os requisitos científicos para a missão”, escreve a equipa de investigação no seu artigo.

Para ter uma visão mais ampla dos tempos de observação do LIFE, os pesquisadores desenvolveram uma lista de alvos. Eles criaram uma "... distribuição de distância de planetas HZ com raios entre 0,5 e 1,5 raios terrestres em torno de estrelas do tipo M e FGK dentro de 20 pc do Sol que são detectáveis ​​com LIFE." Os dados para esses alvos vêm da NASA e de outras pesquisas anteriores.

Os resultados mostram que são necessários apenas alguns dias para alguns alvos, enquanto para outros pode levar até 100 dias para detectar abundâncias relevantes.

O que a equipe chama de “alvos dourados” são os mais fáceis de observar. Os planetas em Proxima Centauri são um exemplo deste tipo de alvos. Apenas alguns dias de observação são necessários para estes planetas. Serão necessários cerca de dez dias de observações com o LIFE para observar “certos cenários padrão, como planetas terrestres temperados em torno de hospedeiros de estrelas M em cinco pc”, escrevem os pesquisadores. Os casos mais desafiadores que ainda são viáveis ​​são os de exoplanetas gêmeos da Terra a cerca de 5 parsecs de distância. De acordo com os resultados, o LIFE precisa de cerca de 50 a 100 dias de observação para detectar as bioassinaturas.

LIFE ainda é apenas uma missão potencial neste momento. Não é a primeira missão proposta que se concentraria exclusivamente na habitabilidade dos exoplanetas. Em 2023, a NASA propôs o Observatório de Mundos Habitáveis ​​(HWO). O seu objetivo é obter imagens diretas de pelo menos 25 mundos potencialmente habitáveis ​​e depois procurar bioassinaturas nas suas atmosferas.

Mas segundo os autores, os seus resultados mostram que o LIFE é a melhor opção.

"Se houver sistemas exoplanetários estelares de tipo tardio na vizinhança solar com planetas que exibem biosferas globais produzindo N₂ O e CH₃ X, o LIFE será a missão futura mais adequada para procurá-los sistematicamente e eventualmente detectá-los", concluem.

Mais informações: Daniel Angerhausen et al, Grande Interferômetro para Exoplanetas (LIFE). XII. A detectabilidade das bioassinaturas Capstone no infravermelho médio - cheirando gás hilariante exoplanetário e halogênios metilados, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad1f4b
Fornecido por Universe Today