Uma nova pesquisa realizada pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA sobre K2-18b, um exoplaneta com 8,6 vezes a massa da Terra, descobriu a presença de moléculas contendo carbono, incluindo metano e dióxido de carbono. A descoberta de Webb soma-se a estudos recentes que sugerem que K2-18b pode ser um exoplaneta “oceânico”, possuindo potencialmente uma atmosfera rica em hidrogénio e uma superfície coberta por um oceano de água.
Observações realizadas com o Telescópio Espacial Hubble da NASA revelaram pela primeira vez as propriedades atmosféricas deste exoplaneta de zona habitável, e estudos adicionais mudaram a nossa compreensão do sistema.
K2-18b orbita a estrela anã fria K2-18 na zona habitável, a 120 anos-luz da Terra, na constelação de Leão. Exoplanetas como K2-18b têm tamanho entre a Terra e Netuno e são diferentes de qualquer planeta do sistema solar. Como não existem planetas semelhantes nas proximidades, pouco se sabe sobre estes “sub-Neptunos”, e os astrónomos debatem a natureza das suas atmosferas.
A ideia de que o sub-Netuno K2-18b possa ser um exoplaneta água-oceano é curiosa porque alguns astrônomos acreditam que esses mundos são ambientes ideais para a busca por evidências de vida exoplanetária.
Niku Madhusudan, astrónomo da Universidade de Cambridge e autor principal do artigo que anuncia estes resultados, explica: “As nossas descobertas destacam a importância de considerar uma variedade de ambientes habitáveis quando se procura vida noutros locais. Tradicionalmente, a procura de vida em exoplanetas tem-se concentrado em planetas rochosos mais pequenos, mas o mundo maior de Neptuno é claramente mais propício a observações atmosféricas.”
O metano e o dióxido de carbono são abundantes, mas o amoníaco é escasso, apoiando a hipótese de que pode existir um oceano de água abaixo da atmosfera rica em hidrogénio do K2-18b. Na Terra, apenas a vida produz esta substância. A maior parte do DMS na atmosfera terrestre é liberada pelo fitoplâncton no ambiente marinho.
A inferência do DMS é menos confiável e precisa de verificação adicional. “As próximas observações do Webb deverão ser capazes de confirmar se quantidades significativas de DMS estão realmente presentes na atmosfera do K2-18b”, explica Madhusudhan.
Embora K2-18b esteja na zona habitável e seja agora conhecido por abrigar moléculas contendo carbono, isso não significa necessariamente que o planeta seja capaz de sustentar vida. O grande tamanho do planeta, com um raio 2,6 vezes maior que o da Terra, significa que o interior do planeta provavelmente conterá um grande manto de gelo de alta pressão, como Netuno, mas com uma atmosfera mais fina e rica em hidrogênio e uma superfície oceânica. Prevê-se que o Sea World terá oceanos de água. No entanto, também é possível que o oceano seja quente demais para ser habitável ou que seja líquido.
Subhajit Sarkar, da Universidade de Cardiff, explica: "Embora não existam tais planetas no Sistema Solar, os sub-Netunos são de longe o tipo de planeta mais comum na Via Láctea. Obtivemos os espectros mais detalhados até agora de uma zona habitável sub-Netuno, o que nos permite calcular as moléculas presentes na sua atmosfera."
Caracterizar as atmosferas de exoplanetas como K2-18b – ou seja, determinar suas condições gasosas e físicas – é uma área muito ativa da astronomia. No entanto, estes planetas são ofuscados pelo brilho das suas estrelas-mãe muito maiores, tornando a exploração das atmosferas dos exoplanetas particularmente desafiadora.
A equipa contornou este desafio analisando a luz emitida pela estrela-mãe do K2-18b à medida que esta passa pela atmosfera do exoplaneta. K2-18b é um exoplaneta em trânsito, o que significa que podemos detectar uma queda no brilho à medida que ele passa pela superfície de sua estrela-mãe. Foi assim que a missão K2 da NASA descobriu este exoplaneta pela primeira vez em 2015. Isto significa que durante o trânsito, uma pequena fração da luz estelar passa pela atmosfera do exoplaneta e atinge um telescópio como o Telescópio Webb. A luz das estrelas deixa rastros à medida que passa pela atmosfera de um exoplaneta, e os astrônomos podem juntar esses rastros para determinar os gases na atmosfera do exoplaneta.
Habilidades e pesquisas futuras de James Webber
"Este resultado foi possível devido à faixa expandida de comprimento de onda do telescópio Webb e à sensibilidade sem precedentes, que permitiu a detecção poderosa de características espectrais em apenas dois trânsitos", disse Madhusudan. “Em comparação, uma observação de trânsito com o Webb foi tão precisa quanto oito observações (ao longo de vários anos) com o Hubble numa gama relativamente estreita de comprimentos de onda.
Savvas Constantinou, da Universidade de Cambridge, explica: "Estes resultados são o resultado de apenas duas observações de K2-18b, com muitas mais a caminho. Isto significa que o nosso trabalho aqui é apenas uma demonstração inicial dos exoplanetas da zona habitável que Webb pode observar."
As descobertas da equipe foram aceitas para publicação no The Astrophysical Journal Letters.
A equipa pretende agora realizar estudos de acompanhamento usando o espectrómetro de infravermelho médio (MIRI) do telescópio, que esperam validar ainda mais as suas descobertas e fornecer novos conhecimentos sobre as condições ambientais do K2-18b.
“Nosso objetivo final é descobrir vida em exoplanetas habitáveis, o que mudará a nossa compreensão do nosso lugar no universo”, concluiu Madhusudan. “Nossas descobertas durante esta exploração são um passo promissor em direção a uma compreensão mais profunda do mundo de Mercúrio”.
O Telescópio Espacial James Webb da NASA é o observatório científico espacial mais importante do mundo. É descobrir os mistérios do sistema solar, observar mundos distantes em torno de outras estrelas e explorar a misteriosa estrutura e origem do universo e o nosso lugar nele. O telescópio Webb é um programa internacional liderado pela NASA com parceiros como a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Espacial Canadense.