Quatro métodos que o James Webb usa na procura de vida além da Terra

O estudo de exoplanetas, mundos que orbitam outras estrelas além do nosso Sol, está a ser transformado pelo novo Telescópio Espacial James Webb (JWST).

Em breve, obteremos a nossa primeira visão das condições em mundos rochosos, potencialmente semelhantes à Terra, além do nosso sistema solar. Um desses mundos distantes pode hospedar vida. Mas poderíamos detectá-la?

Podemos ser capazes de detetar sinais de vida na composição da atmosfera do planeta. Podemos usar uma técnica chamada espectroscopia de transmissão – que divide a luz por seu comprimento de onda – para procurar traços de diferentes gases na luz das estrelas à medida que ela passa pela atmosfera de um planeta.

Alguns gases que absorvem a luz das estrelas podem indicar a presença de vida no planeta. Chamamos a isso de bioassinaturas.

1. Oxigénio e ozono

O oxigénio é provavelmente a bioassinatura mais óbvia. As plantas produzem-no, nós respiramo-lo e o registo das rochas mostra que os níveis na atmosfera da Terra mudaram drasticamente à medida que a vida evoluiu. O oxigénio que respiramos é O2, dois átomos de oxigénio unidos. Mas outra configuração de oxigénio, O3 ou ozono, também pode ser observada com JWST.

Então, se detetássemos um ou ambos os gases, estaria o trabalho feito? Infelizmente não. Outro cenário que poderia produzir grandes quantidades de oxigénio atmosférico é um planeta a passar por um “efeito estufa descontrolado”.

Quando um planeta está quente o suficiente para que seu o oceano de água evapore, o vapor de água resultante na atmosfera contribui para um efeito de estufa – sobreaquecendo o planeta até níveis que não são compatíveis com a vida – em um ciclo de feedback.

Eventualmente, o planeta fica quente o suficiente para as moléculas de água se separarem em hidrogénio e oxigénio. As moléculas de hidrogénio são leves e podem mover-se rápido o suficiente para escapar facilmente da gravidade do planeta, enquanto o oxigénio mais lento tende a ficar por perto, pronto para ser detetado e enganar os astrónomos desprevenidos.

2. Fosfina e amónia

O foco atual da busca por vida pode estar principalmente nos exoplanetas, mas também houve desenvolvimentos recentes mais próximos de casa. A fosfina – um gás que ocorre naturalmente em atmosferas dominadas por hidrogrénio, como as dos gigantes gasosos Júpiter e Saturno – foi recentemente detectada na atmosfera de Vénus. Curiosamente, a fosfina é considerada uma potencial bioassinatura.

Na Terra, a fosfina é produzida por microorganismos, por exemplo, no trato intestinal dos animais. Se não houver vida, não esperaríamos que a fosfina ocorresse em grandes quantidades em atmosferas semelhantes a Vénus, dominadas pelo dióxido de carbono. Dito isto, ainda não podemos descartar outras fontes de fosfina em Vénus.

A amónia fétida é outra potencial bioassinatura, também produzido por animais na Terra. Como a fosfina, é predominante em planetas gigantes gasosos, mas não se espera que ocorra em mundos rochosos na ausência de vida.

No entanto, detetar fosfina ou amónia na atmosfera de um exoplaneta distante provavelmente será um desafio. Ambos atingem pequenas concentrações de apenas algumas partes por mil milhão na Terra. Então, a menos que os nossos potenciais extraterrestres sejam muito mais mal-cheirosos do que os animais da Terra, provavelmente não os veremos tão cedo.

3. Metano mais dióxido de carbono

Gases individuais que são bioassinaturas inequívocas são poucos e distantes entre si, então talvez seja melhor procurar uma combinação vencedora se quisermos detetar vida. Grandes quantidades de metano, produzidas por animais que se peidam na Terra, mais dióxido de carbono, seriam um bom indício de que algo está a acontecer.

Se houver oxigénio suficiente disponível, o carbono prefere ficar com oxigénio como dióxido de carbono (CO2, um átomo de carbono e dois átomos de oxigénio), em vez de formar metano (CH4, um átomo de carbono e quatro átomos de hidrogénio).

Num ambiente rico em oxigénio, qualquer carbono que se encontre numa molécula de metano rapidamente abandona os seus companheiros de hidrogénio em favor de alguns oxigénio sobressalentes.

Portanto, ver muito metano e dióxido de carbono a coexistir sugere que algo – talvez bactérias – está constantemente a produzir metano.

4. Desequilíbrios químicos

Podemos aplicar o argumento acima a qualquer combinação de gases que não deveriam coexistir alegremente. A vida interrompe o equilíbrio químico do seu ambiente porque usa reações químicas para gerar energia.

Na Terra, o oxigénio é transformado em dióxido de carbono, mas num tipo diferente de atmosfera, com diferentes produtos químicos disponíveis, a vida usaria outros processos para atingir o mesmo objetivo.

Bactérias produtoras de metano que vivem em torno de fontes hidrotermais nas profundezas dos oceanos da Terra, por exemplo, recolhem energia química de minerais e compostos químicos. Procurar desequilíbrios permite-nos ter a mente aberta sobre como seria a vida em outros lugares.

O que acontece se detetarmos sinais de vida alienígena?

O JWST já está a superar as nossas expectativas nas observações da atmosfera de exoplanetas. Por mais poderoso que seja, no entanto, os planetas rochosos com temperaturas amenas e atmosferas dominadas por nitrogénio ou dióxido de carbono ainda serão um desafio para estudar com a espectroscopia de transmissão. Os sinais que esperamos desses planetas são muito mais fracos do que aqueles que observamos com sucesso em atmosferas gigantes de gás quente.

Se tivermos a sorte de observar gases que absorvem a luz das estrelas na atmosfera de um exoplaneta rochoso – TRAPPIST-1e, por exemplo – ainda temos que medir quanto desses gases estão presentes para tirar conclusões significativas. Isso não é simples, pois os sinais podem sobrepor-se e precisam de ser cuidadosamente desembaraçados.

Mesmo se detetarmos e medirmos com precisão um dos nossos possíveis gases de bioassinatura, não podemos afirmar que detetamos vida alienígena. O JWST está apenas a abrir um novo e rico laboratório de atmosferas planetárias e, à medida que exploramos, sem dúvida, descobriremos que muitas das nossas suposições anteriores estão erradas.

Tirar conclusões precipitadas sobre alienígenas todas as vezes que encontramos algo incomum seria prematuro. Uma deteção de uma bioassinatura com o JWST seria uma dica interessante, com a promessa de muito mais trabalho a ser feito.