Uma nova investigação realizada por uma equipa internacional de astrónomos, utilizando dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, sobre K2-18 b, um exoplaneta 8,6 vezes mais massivo do que a Terra, revelou a presença de moléculas de carbono, incluindo metano e dióxido de carbono. A descoberta vem juntar-se a estudos recentes que sugerem que K2-18 b poderá ser um exoplaneta Hiceano, um exoplaneta com potencial para possuir uma atmosfera rica em hidrogénio e uma superfície coberta de oceanos de água.

A primeira visão sobre as propriedades atmosféricas deste exoplaneta na zona habitável veio de observações com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, o que levou a estudos adicionais que desde então mudaram a nossa compreensão do sistema. Foram feitas novas observações com o instrumento NIRISS, com contribuição canadiana, e o instrumento NIRSpec, com contribuição europeia, a bordo do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA.

K2-18 b orbita a estrela anã fria K2-18 na zona habitável e situa-se a 120 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Leão. Exoplanetas como K2-18 b, que têm tamanhos entre os da Terra e os de Neptuno, são diferentes de tudo o que existe no nosso Sistema Solar. Esta falta de planetas análogos nas proximidades significa que estes "sub-Neptunos" são mal compreendidos e a natureza das suas atmosferas é uma questão de debate ativo entre os astrónomos. A sugestão de que o sub-Neptuno K2-18 b poderia ser um exoplaneta Hiceano é intrigante, uma vez que alguns astrónomos pensam que estes mundos são ambientes promissores para procurar evidências de vida.

"As nossas descobertas sublinham a importância de considerar ambientes habitáveis diversos na procura de vida noutros lugares", explicou Nikku Madhusudhan, astrónomo da Universidade de Cambridge e principal autor do artigo científico que anuncia estes resultados. "Tradicionalmente, a procura de vida em exoplanetas tem-se concentrado principalmente em planetas rochosos mais pequenos, mas os maiores mundos Hiceanos são significativamente mais propícios a observações atmosféricas."

A abundância de metano e dióxido de carbono em K2-18 b, bem como a escassez de amoníaco, apoiam a hipótese de que pode existir um oceano por baixo de uma atmosfera rica em hidrogénio. Estas observações iniciais do Webb também permitiram a deteção de uma molécula chamada sulfureto de dimetilo (ou dimetilsulfureto, DMS). Na Terra, esta molécula só é produzida por vida. A maior parte do DMS na atmosfera da Terra é emitida pelo fitoplâncton em ambientes marinhos.

A inferência de DMS é menos robusta e requer validação adicional. "As próximas observações do Webb devem ser capazes de confirmar se a molécula DMS está de facto presente na atmosfera de K2-18 b em níveis significativos", explicou Madhusudhan.

Embora K2-18 b se encontre na zona habitável e se saiba agora que alberga moléculas com carbono, isto não significa necessariamente que o planeta possa suportar vida. A grande dimensão do planeta - com um raio 2,6 vezes superior ao da Terra - significa que o seu interior contém provavelmente um grande manto de gelo a altas pressões, como Neptuno, mas com uma atmosfera mais fina rica em hidrogénio e uma superfície oceânica. Prevê-se que os mundos hiceanos tenham oceanos de água. No entanto, também é possível que o oceano seja demasiado quente para ser habitável ou líquido.

"Embora este tipo de planeta não exista no nosso Sistema Solar, os sub-Neptunos são o tipo de planeta mais comum conhecido até agora na Galáxia", explicou Subhajit Sarkar, membro da equipa da Universidade de Cardiff. "Obtivemos o espetro mais detalhado de um sub-Neptuno da zona habitável até à data, o que nos permitiu determinar as moléculas que existem na sua atmosfera."

O espetro de K2-18 b, obtido com o NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) e o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb, mostra uma abundância de metano e dióxido de carbono na atmosfera do exoplaneta, bem como a possível deteção de uma molécula chamada sulfureto de dimetilo (DMS). A deteção de metano e dióxido de carbono, e a escassez de amoníaco, são consistentes com a presença de um oceano por baixo de uma atmosfera rica em hidrogénio. K2-18 b, 8,6 vezes mais massivo que a Terra, orbita a estrela anã fria K2-18 na zona habitável e fica a 120 anos-luz da Terra. Crédito: NASA, CSA, ESA, J. Olmstead (STScI), N. Madhusudhan (Universidade de Cambridge)

A caracterização das atmosferas de exoplanetas como K2-18 b - ou seja, a identificação dos seus gases e condições físicas - é uma área muito ativa na astronomia. No entanto, estes planetas são ofuscados - literalmente - pelo brilho das suas estrelas-mãe muito maiores, o que torna a exploração das atmosferas dos exoplanetas particularmente difícil.

A equipa contornou este desafio analisando a luz da estrela-mãe de K2-18 b à medida que esta atravessava a atmosfera do exoplaneta. K2-18 b é um exoplaneta em trânsito, o que significa que podemos detetar uma queda de brilho à medida que passa pela face da sua estrela hospedeira. Foi assim que o exoplaneta foi descoberto pela primeira vez. Isto significa que durante os trânsitos uma pequena fração da luz estelar passa pela atmosfera do exoplaneta antes de chegar a telescópios como o Webb. A passagem da luz da estrela pela atmosfera exoplanetária deixa vestígios que os astrónomos podem juntar para determinar os gases da atmosfera do exoplaneta.

"Este resultado só foi possível devido à gama alargada de comprimentos de onda e à sensibilidade sem precedentes do Webb, que permitiu a deteção robusta de características espectrais com apenas dois trânsitos," continuou Madhusudhan. "Para comparação, uma observação de trânsito com o Webb forneceu uma precisão comparável à de oito observações com o Hubble realizadas ao longo de alguns anos e numa gama de comprimentos de onda relativamente estreita".

"Estes resultados são o produto de apenas duas observações de K2-18 b, com muitas mais a caminho", explicou o membro da equipa Savvas Constantinou da Universidade de Cambridge. "Isto significa que o nosso trabalho aqui é apenas uma demonstração inicial do que o Webb pode observar em exoplanetas na zona habitável."

A equipa tenciona agora realizar uma investigação de seguimento com o MIRI (Mid-InfraRed Instrument) do telescópio, que esperam venha a validar ainda mais as suas descobertas e a fornecer novos conhecimentos sobre as condições ambientais em K2-18 b.

"O nosso objetivo final é a identificação de vida num exoplaneta habitável, o que transformaria a nossa compreensão do nosso lugar no Universo", concluiu Madhusudhan. "As nossas descobertas são um passo promissor para uma compreensão mais profunda dos mundos Hiceanos nesta busca".

Os resultados da equipa foram aceites para publicação na revista The Astrophysical Journal Letters.

// ESA (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Universidade de Cambridge (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

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CCVAlg - Astronomia:
27/08/2021 - Nova classe de exoplanetas habitáveis representa um grande passo em frente na busca por vida
28/02/2020 - Grande exoplaneta pode ter as condições ideais para a vida
13/09/2019 - Hubble encontra, pela primeira vez, vapor de água num exoplaneta na zona habitável da sua estrela
12/12/2017 - Duas super-Terras em redor de K2-18

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