LIFE pode detetar bioassinaturas da Terra em exoplanetas

Sabemos que existem milhares de exoplanetas e muitos milhões mais por descobrir. Ainda assim, a esmagadora maioria desses mundos é simplesmente inabitável.

Nos raros casos que poderão ser habitáveis, só conseguimos avaliá-los através do estudo das respetivas atmosferas. O LIFE, Large Interferometer for Exoplanets, poderá dar um contributo decisivo.

LIFE e a procura de bioassinaturas em exoplanetas

A procura de bioassinaturas em exoplanetas potencialmente habitáveis está a intensificar-se. O JWST já recolheu com êxito alguns espectros atmosféricos de atmosferas de exoplanetas, mas tem muitas outras tarefas e o tempo de observação é muito disputado. Um telescópio espacial planeado, denominado LIFE, é especificamente dedicado à identificação de bioassinaturas em exoplanetas, e os investigadores colocaram-no recentemente à prova: conseguirá identificar as bioassinaturas da Terra?

Enquanto interferómetro, o LIFE será composto por cinco telescópios distintos que funcionarão de forma coordenada para aumentar a dimensão operacional do conjunto. O LIFE está a ser desenvolvido pelo ETH Zurique, Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, na Suíça. Observará no infravermelho médio, região onde se encontram as linhas espectrais de compostos bioindicativos importantes, como o ozono, o metano e o óxido nitroso.

O LIFE ficará no ponto de Lagrange 2, a cerca de 1,5 milhões de quilómetros de distância, onde também se encontra o JWST. A partir dessa posição, estudará uma lista de exoplanetas-alvo na esperança de encontrar bioassinaturas.

"O nosso objetivo é detetar compostos químicos no espetro de luz que sugiram a existência de vida nos exoplanetas", explicou Sascha Quanz, professor de Exoplanetas e Habitabilidade no ETH Zurique e responsável pela iniciativa LIFE.

O LIFE continua a ser apenas um conceito, pelo que os investigadores quiseram avaliar o seu desempenho. Como ainda não foi construído, uma equipa de investigadores recorreu à atmosfera terrestre como caso de teste.

A Terra como teste para o interferómetro LIFE

A equipa analisou a Terra como se fosse um exoplaneta e comparou os métodos do LIFE com o espetro atmosférico conhecido do nosso planeta, em diferentes condições. Para tratar os dados, utilizou uma ferramenta chamada LIFEsim. Embora os investigadores recorram frequentemente a dados simulados para testar as capacidades das missões, neste caso trabalharam com dados reais.

Os resultados foram publicados no Jornal Astronómico. O estudo intitula-se "Grande Interferómetro para Exoplanetas (LIFE). XII. A detetabilidade de bioassinaturas fundamentais no infravermelho médio - detetar gás hilariante exoplanetário e halogéneos metilados." O autor principal é o Dr. Daniel Angerhausen, astrofísico e astrobiólogo no ETH de Zurique.

Num cenário real, a Terra seria apenas um ponto distante e quase impossível de distinguir. Tudo o que o LIFE observaria seria o espetro atmosférico do planeta, que se alteraria ao longo do tempo consoante as perspetivas captadas pelo telescópio e, crucialmente, a duração das observações.

Como estes espectros seriam obtidos ao longo do tempo, surge uma questão importante: de que forma a geometria de observação e as variações sazonais afetariam as medições do LIFE?

Felizmente, a equipa dispõe de um vasto conjunto de observações da Terra para trabalhar. Os investigadores usaram três geometrias observacionais diferentes: duas perspetivas sobre os polos e uma sobre a região equatorial. Para cada um destes três pontos de vista, utilizaram dados atmosféricos de janeiro e julho, abrangendo assim as maiores variações sazonais.

Embora as atmosferas planetárias possam ser extremamente complexas, os astrobiólogos concentram-se em determinados aspetos capazes de revelar o potencial de um planeta para albergar vida. Merecem particular atenção os compostos N₂O, CH₃Cl e CH₃Br - óxido nitroso, clorometano e bromometano -, todos passíveis de produção biogénica.

"Utilizamos um conjunto de cenários derivados de modelos de cinética química que simulam a resposta atmosférica a diversos níveis de produção biogénica de N₂O, CH₃Cl e CH₃Br em atmosferas de planetas terrestres ricas em O₂, para produzir modelos preditivos para o nosso software simulador de observações LIFEsim", escrevem os autores.

Em particular, os investigadores queriam saber se o LIFE conseguirá detetar dióxido de carbono, água, ozono e metano na Terra a uma distância de aproximadamente 30 anos-luz. Estes são indícios de um mundo temperado capaz de suportar vida - sobretudo o ozono e o metano, produzidos pela vida na Terra -, pelo que, se o LIFE conseguir identificar desta forma a química biológica terrestre, poderá fazê-lo noutros mundos.

O LIFE conseguiu identificar dióxido de carbono, água, ozono e metano na Terra. Também detetou algumas condições à superfície que apontam para a presença de água líquida. De forma intrigante, os resultados do LIFE não dependeram do ângulo a partir do qual a Terra foi observada. Este aspeto é importante, pois não sabemos de que ângulos o LIFE observará os exoplanetas.

Tempos de observação e alvos prioritários do LIFE

As flutuações sazonais constituem a outra dificuldade, e não foram tão fáceis de observar. No entanto, felizmente, tudo indica que não serão um fator limitativo. "Mesmo que a sazonalidade atmosférica não seja facilmente observada, o nosso estudo demonstra que as missões espaciais de próxima geração podem avaliar se exoplanetas terrestres temperados próximos são habitáveis ou até habitados", afirmou Quanz.

Contudo, detetar os compostos pretendidos não basta. O elemento decisivo é o tempo necessário para o conseguir. Construir um interferómetro espacial que identificasse estes compostos, mas precisasse de demasiado tempo para o fazer, não seria prático nem eficaz.

"Utilizamos os resultados para determinar os tempos de observação necessários à deteção destes cenários e aplicamo-los na definição dos requisitos científicos da missão", escreve a equipa de investigação no artigo.

Para obter uma visão mais ampla dos tempos de observação do LIFE, os investigadores elaboraram uma lista de alvos. Criaram uma "… distribuição de distâncias de planetas na zona habitável, com raios entre 0,5 e 1,5 raios terrestres, em torno de estrelas dos tipos M e FGK, num raio de 20 pc do Sol, que são detetáveis com o LIFE." Os dados relativos a estes alvos provêm da NASA e de outros trabalhos anteriores.

Os resultados indicam que alguns alvos exigem apenas alguns dias, enquanto outros poderão necessitar de até 100 dias para que sejam detetadas abundâncias relevantes.

Os chamados "alvos dourados" pela equipa são os mais simples de observar. Os planetas de Proxima Centauri exemplificam este tipo de alvo. Para estes planetas, bastam poucos dias de observação. Serão precisos cerca de dez dias de observações com o LIFE para estudar "determinados cenários padrão, como planetas terrestres temperados em torno de estrelas hospedeiras de tipo M a cinco pc", escrevem os investigadores.

Os casos mais exigentes que continuam a ser viáveis são exoplanetas gémeos da Terra, situados a cerca de 5 parsecs. Segundo os resultados, o LIFE necessita de aproximadamente 50–100 dias de observação para detetar as bioassinaturas.

O LIFE permanece, por agora, apenas uma missão potencial. Não é a primeira missão proposta exclusivamente centrada na habitabilidade de exoplanetas. Em 2023, a NASA propôs o Observatório de Mundos Habitáveis (HWO). O objetivo passa por obter imagens diretas de pelo menos 25 mundos potencialmente habitáveis e, posteriormente, procurar bioassinaturas nas respetivas atmosferas.

No entanto, de acordo com os autores, os resultados mostram que o LIFE é a melhor opção.

"Se existirem sistemas exoplanetários de estrelas tardias na vizinhança solar com planetas que exibam biosferas globais produtoras de sinais de N₂O e CH₃X, o LIFE será a missão futura mais adequada para os procurar sistematicamente e, eventualmente, detetá-los", concluem.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.