Um novo estudo mostra como as substâncias químicas na atmosfera de um exoplaneta podem, em alguns casos, revelar se a temperatura à sua superfície é demasiado alta para água líquida.
No nosso Sistema Solar, os planetas ou são pequenos e rochosos (como a Terra) ou grandes e gasosos (como Neptuno). Mas, em torno de outras estrelas, os astrónomos encontraram planetas que se situam no meio – mundos ligeiramente maiores do que a Terra, mas mais pequenos do que Neptuno. Estes 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, aceite na revista The Astrophysical Journal Letters, investigadores mostram como a química dessas atmosferas pode revelar pistas sobre o que está por baixo – especificamente, que planetas são quentes demais para suportar oceanos de água líquida. Visto que a água líquida é um ingrediente necessário para a vida como a conhecemos, esta técnica pode ajudar os cientistas a restringir a sua busca por exoplanetas potencialmente habitáveis, ou planetas para lá do Sistema Solar. Já foram confirmados mais de 4500 exoplanetas na nossa Galáxia, com mais de 7700 candidatos ainda à espera de confirmação, mas os cientistas estimam que existam centenas de milhares de milhões.
Alguns telescópios espaciais equipados com espectrómetros podem revelar a composição química da atmosfera de um exoplaneta. Um perfil químico da Terra não seria capaz de revelar fotos de, digamos, vacas ou humanos à superfície do planeta, mas mostraria dióxido de carbono e metano produzidos por mamíferos e oxigénio produzido por árvores. Nenhum destes elementos químicos, por si só, seria um sinal de vida, mas em combinação apontariam para a possibilidade de que o nosso planeta seria habitado.
O novo artigo científico mostra que elementos químicos podem apontar para oceanos ocultos em exoplanetas entre 1,7 e 3,5 vezes o diâmetro da Terra. Dado que Neptuno tem aproximadamente 4 vezes o diâmetro da Terra, estes planetas são às vezes chamados “sub-Neptunos”.
Uma espessa atmosfera num sub-Neptuno reteria o calor à superfície e aumentaria a temperatura. Se a atmosfera atingir um certo limite – normalmente cerca de 770º C – passará por um processo chamado equilíbrio termoquímico que muda o seu perfil químico. Depois do equilíbrio termoquímico ocorrer – e assumindo que a atmosfera do planeta é composta principalmente de hidrogénio, o que é típico para exoplanetas gasosos – o carbono e o azoto estarão predominantemente na forma de metano e amónia.
Estas substâncias químicas estariam em grande parte em falta numa atmosfera mais fria e fina, onde o equilíbrio termoquímico não ocorreu. Nesse caso, as formas dominantes de carbono e azoto seriam o dióxido de carbono e moléculas com dois átomos de azoto.
De acordo com o estudo, um oceano de água líquida sob a atmosfera deixaria sinais adicionais, incluindo a ausência quase total de amónia, que seria dissolvida no oceano. O gás amónia é altamente solúvel em água, dependendo do pH do oceano (o seu nível de acidez). Os investigadores descobriram que, ao longo de uma ampla gama de níveis plausíveis de pH oceânico, a atmosfera deveria estar virtualmente livre de amónia quando há um enorme oceano por baixo.
Além disso, haveria mais dióxido de carbono do que monóxido de carbono na atmosfera; em contraste, após o equilíbrio termoquímico, deveria haver mais monóxido de carbono do que dióxido de carbono, a haver quantidades detetáveis de qualquer um destes compostos.
“Se virmos as assinaturas do equilíbrio termodinâmico, vamos concluir que o planeta é demasiado quente para ser habitável,” disse Renyu Hu, investigador no JPL da NASA, que liderou o estudo. “E vice-versa, se não virmos a assinatura do equilíbrio termoquímico e virmos também as assinaturas do gás dissolvido num oceano de água líquida, vamos considerá-las como um forte indício de habitabilidade.”
O Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para o dia 18 de dezembro, vai transportar um espectrómetro capaz de estudar as atmosferas exoplanetárias. Cientistas como Hu estão a trabalhar para prever que tipos de perfis químicos o Webb conseguirá ver nestas atmosferas e o que podem revelar sobre estes mundos distantes. O observatório tem capacidade para identificar sinais de equilíbrio termoquímico nas atmosferas dos sub-Neptunos – por outras palavras, sinais de um oceano escondido – conforme identificado no artigo científico.
À medida que o Webb descobrir novos planetas ou fizer estudos mais aprofundados de planetas conhecidos, esta informação poderá ajudar os cientistas a decidir quais são dignos de observações adicionais, especialmente se os cientistas querem ter como alvo planetas que possam abrigar vida.
“Não temos evidências observacionais diretas que digam quais as características físicas comuns dos sub-Neptunos,” disse Hu. “Muitos deles podem ter atmosferas massivas de hidrogénio, mas alguns ainda podem ser ‘planetas oceânicos’. Espero que este artigo científico motive muitas mais observações para, num futuro próximo, as descobrir.”
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