Telescópio James Webb descobre metano, dióxido de carbono na atmosfera de exoplaneta K2-18 b

Uma nova investigação com o Telescópio Espacial James Webb da NASA sobre K2-18 b, um exoplaneta 8,6 vezes mais massivo que a Terra, revelou a presença de moléculas contendo carbono, incluindo metano e dióxido de carbono. A descoberta de Webb soma-se a estudos recentes que sugerem que K2-18 b pode ser um exoplaneta Hycean, que tem o potencial de possuir uma atmosfera rica em hidrogénio e uma superfície oceânica coberta de água.

A primeira visão sobre as propriedades atmosféricas deste exoplaneta de zona habitável veio de observações com o Telescópio Espacial Hubble da NASA, o que levou a mais estudos que desde então mudaram a nossa compreensão do sistema.

K2-18 b orbita a estrela anã fria K2-18 na zona habitável e fica a 120 anos-luz da Terra, na constelação de Leão. Exoplanetas como K2-18 b, que têm tamanhos entre os da Terra e de Netuno, são diferentes de tudo em nosso sistema solar. Esta falta de planetas próximos equivalentes 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-Netuno K2-18 b poderia ser um exoplaneta Hycean é intrigante, já que alguns astrônomos acreditam que esses mundos são ambientes promissores para a busca de evidências de vida em exoplanetas.

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

A abundância de metano e dióxido de carbono e a escassez de amônia apoiam a hipótese de que pode haver um oceano de água sob uma atmosfera rica em hidrogênio em K2-18 b. Essas observações iniciais de Webb também forneceram uma possível detecção de uma molécula chamada sulfeto de dimetila (DMS). Na Terra, isso só é produzido pela vida. A maior parte do DMS na atmosfera da Terra é emitida pelo fitoplâncton em ambientes marinhos.

A inferência do DMS é menos robusta e requer validação adicional. “As próximas observações do Webb deverão ser capazes de confirmar se o DMS está realmente presente na atmosfera de K2-18 b em níveis significativos”, explicou Madhusudhan.

Embora K2-18 b esteja na zona habitável e seja agora conhecido por abrigar moléculas contendo carbono, isso não significa necessariamente que o planeta possa sustentar vida. O grande tamanho do planeta — com um raio 2,6 vezes o raio da Terra — significa que o interior do planeta provavelmente contém um grande manto de gelo de alta pressão, como Neptuno, mas com uma atmosfera mais fina, rica em hidrogénio, e uma superfície oceânica. Prevê-se que os mundos Hycean 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-Netunos são o tipo de planeta mais comum conhecido até agora na galáxia”, explicou o membro da equipe Subhajit Sarkar, da Universidade de Cardiff. “Obtivemos o espectro mais detalhado de uma zona habitável de sub-Netuno até o momento, e isso nos permitiu descobrir as moléculas que existem em sua atmosfera.”

Caracterizar as atmosferas de exoplanetas como K2-18 b — ou seja, identificar os 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 desafiadora.

A equipa contornou este desafio analisando a luz da estrela-mãe de K2-18 b à medida que esta passava pela atmosfera do exoplaneta. K2-18 b é um exoplaneta em trânsito, o que significa que podemos detectar uma queda no brilho à medida que ele passa pela face da sua estrela hospedeira. Foi assim que o exoplaneta foi descoberto pela primeira vez em 2015 com a missão K2 da NASA. Isto significa que durante os trânsitos uma pequena fração da luz estelar passará pela atmosfera do exoplaneta antes de chegar a telescópios como o Webb. A passagem da luz estelar pela atmosfera do exoplaneta deixa vestígios que os astrónomos podem juntar para determinar os gases da atmosfera do exoplaneta.

“Este resultado só foi possível devido à faixa estendida de comprimento de onda e à sensibilidade sem precedentes do Webb, que permitiu a detecção robusta de características espectrais com apenas dois trânsitos”, disse Madhusudhan. “Para efeito de comparação, uma observação de trânsito com o Webb forneceu uma precisão comparável a oito observações com o Hubble realizadas ao longo de alguns anos e numa faixa de comprimento de onda relativamente estreita.”

“Esses resultados são o produto de apenas duas observações de K2-18 b, com muitas outras a caminho”, explicou o membro da equipe Savvas Constantinou, da Universidade de Cambridge. “Isso significa que nosso trabalho aqui é apenas uma demonstração inicial do que Webb pode observar em exoplanetas de zonas habitáveis.”

Os resultados da equipe foram aceitos para publicação no The Astrophysical Journal Letters.

A equipe pretende agora conduzir pesquisas de acompanhamento com o espectrógrafo MIRI (Mid-Infrared Instrument) do telescópio, que espera validar ainda mais suas descobertas e fornecer novos insights sobre as condições ambientais em K2-18 b.

“O nosso objetivo final é a identificação da vida num exoplaneta habitável, o que transformaria a nossa compreensão do nosso lugar no universo”, concluiu Madhusudhan. “Nossas descobertas são um passo promissor para uma compreensão mais profunda dos mundos Hyceanos nesta busca.”