Na busca por exoplanetas potencialmente capazes de sustentar a vida, a água líquida é o principal indicador. A vida na Terra requer água líquida e os cientistas acreditam fortemente que o mesmo se aplica a outros lugares. Mas, a uma grande distância, é difícil dizer quais mundos têm oceanos de água. Alguns deles podem ter oceanos de lava, e confundir os dois é uma barreira para uma compreensão mais clara dos exoplanetas, da água e da habitabilidade.
Isto nos leva ao K2-18b, um mini-Netuno orbitando uma estrela anã vermelha (anã M) a cerca de 134 anos-luz de distância. O Telescópio Espacial Kepler o encontrou em 2015. O Catálogo de Exoplanetas da NASA o descreve como um mundo potencialmente rochoso, quase nove vezes mais massivo que a Terra. Demora cerca de 30 dias para completar uma órbita e está a cerca de 0,1429 UA de sua estrela.
Quando foi confirmado como um planeta, os autores do artigo apresentando os resultados escreveu que “O planeta orbitando K2-18 pode ser um alvo interessante para estudos atmosféricos de exoplanetas em trânsito”.
Palavras proféticas, e quando o JWST examinou a atmosfera do K2-18b em 2023, encontrou as moléculas contendo carbono metano e dióxido de carbono. “A descoberta de Webb se soma a estudos recentes que sugerem que K2-18 b poderia ser um exoplaneta Hycean, que tem potencial para possuir uma atmosfera rica em hidrogênio e uma superfície oceânica coberta de água”, disse um comunicado de imprensa da NASA.
Os cientistas planetários estão muito interessados nos exoplanetas Hycean. Do jeito que as coisas estão agora, elas são puramente hipotéticas. Mas se os cientistas pudessem confirmar a existência de um destes planetas oceânicos, as perspectivas para a vida noutras partes da nossa galáxia mudariam consideravelmente. (Se eles não estiverem sujeitos ao efeito estufa descontrolado.) Se pudéssemos encontrar com segurança uma população de mundos hícianos espalhados entre as estrelas, certamente isso constituiria um sinal poderoso de que a vida não está confinada à Terra.
Mas há muita incerteza em relação aos mundos Hyceanos. Eles existem? Eles conseguirão manter seus oceanos ou estão muito quentes? Alguma outra coisa poderia explicar as descobertas atmosféricas do JWST? Por que existe uma discrepância entre a observação e a modelagem climática? Os autores de um novo artigo apontam que, observacionalmente, K2-18b é o arquétipo do mundo Hycean. Como tal, é um bom lugar para tentar responder a algumas das nossas questões científicas. Os autores dizem que K2-13b poderia de fato ser um planeta oceânico, mas um oceano de lava e não de água.
O novo artigo é “Distinguindo oceanos de água de magma no mini-Netuno K2-18b.” O autor principal é Oliver Shorttle, que estuda química planetária no Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge. O artigo está em pré-impressão e ainda não foi revisado por pares.
“Propomos uma solução para esta discrepância entre observação e modelagem climática, investigando o efeito de um oceano de magma na química atmosférica de mini-Netuno”, escrevem os autores.
K2-18b é um quebra-cabeça. Sua densidade está entre a de Netuno e a da Terra, o que significa que sua composição é incerta. A sua densidade abrange uma gama de composições possíveis. As observações do JWST mostram que tem uma atmosfera rica em carbono e uma atmosfera pobre em amônia. Estas observações são ambos indicadores de um mundo oceânico com uma espessa atmosfera H/He.
Mas há outra explicação possível: um oceano de magma. “Demonstramos que o esgotamento atmosférico de NH3 é uma consequência natural da alta solubilidade das espécies de nitrogênio no magma em condições redutoras, precisamente as condições que prevalecem onde um espesso envelope de hidrogênio está em comunicação com uma superfície planetária derretida”, escrevem os autores.
Como tantas vezes acontece quando se trata de atmosferas, a disponibilidade de oxigênio desempenha um papel enorme. O oxigênio é um swinger; gosta de se relacionar com quase tudo. Sua presença determina muito do que acontece em uma atmosfera.
“A oxidação do magma tem um efeito profundo na solubilidade do nitrogênio”, os autores. O nitrogênio é necessário para a formação de amônia, pois a amônia é NH3. Portanto, quando o JWST não encontrou amônia na atmosfera do K2-18b, isso pode não indicar, afinal, um mundo Hycean. Em vez disso, pode indicar um oceano de magma.
Os pesquisadores usaram modelos e simulações para tentar determinar o que as observações do JWST significam para o K2-18b.
Os pesquisadores descobriram que alguns de seus resultados modelados de um mundo oceânico de magma concordam com o que o JWST descobriu. “Um conjunto de atmosferas resultantes no cenário do oceano de magma é consistente com todo o espectro de transmissão de K2-18b observado pelo JWST”, escrevem eles, acrescentando que “este modelo autoconsistente de oceano de magma pode produzir um espectro de transmissão qualitativamente semelhante àquele observados para K2-18b, e aqueles hipotetizados para planetas Hycean em geral.”
Se Shorttle e os seus colegas estiverem correctos, então a escassez de amoníaco já não pode ser usada para indicar a presença de um oceano num mundo Hyceano. O perfil da amônia na atmosfera pode ser atribuído tanto ao cenário do oceano de magma quanto ao cenário do mundo aquático. Eles não são exclusivos.
Qual é a solução?
“Assim, devem ser procurados marcadores químicos alternativos mutuamente exclusivos da presença de um oceano de água versus um oceano de magma para que observações futuras possam distinguir estes cenários potenciais”, escrevem os investigadores.
Os autores acham que podem ter encontrado um traçador químico que pode fazer o trabalho. Eles dizem que encontrar tanto CO2 e CO na atmosfera de um exoplaneta poderia contra-indicar um oceano de magma. “Um possível rastreador e fonte de potencial desajuste do cenário do oceano de magma com o espectro observado de K2-18b, é a coexistência de CO2 e CO”, explicam. O problema é que a presença de qualquer CO na atmosfera do K2-18b é incerta.
Os investigadores mostraram que não podemos confiar na deteção de carbono e na não deteção de amoníaco para indicar um mundo Hycean porque, em algumas circunstâncias, um oceano de magma pode produzir o mesmo perfil químico atmosférico. O que pode ser feito?
Melhores dados e mais pesquisas, é claro.
“Desenvolvendo rastreadores atmosféricos claros e desambiguantes para a presença de água líquida versus magma
oceanos é fundamental na nossa busca de encontrar mundos potencialmente habitáveis entre a população de exoplanetas”, concluem.
