O JWST é a melhor ferramenta dos astrônomos para sondar atmosferas de exoplanetas. Os seus instrumentos capazes podem dissecar a luz que passa pela atmosfera de um mundo distante e determinar os seus componentes químicos. Os cientistas estão interessados ​​em tudo o que o JWST encontra, mas quando encontra algo que indica a possibilidade de vida, chama a atenção de todos.

Foi o que aconteceu em setembro de 2023, quando o JWST encontrou sulfeto de dimetila (DMS) na atmosfera do exoplaneta K2-18b.

K2-18b orbita uma estrela anã vermelha a cerca de 124 anos-luz de distância. É um sub-Netuno com cerca de 2,5 vezes o raio da Terra e 8,6 massas terrestres. O exoplaneta pode ser um mundo Hycean, um mundo temperado coberto por oceanos com uma grande atmosfera de hidrogénio.

Em outubro de 2023, pesquisadores anunciaram a tentativa detecção de sulfeto de dimetila na atmosfera de K2-18b. Eles descobriram isso nas observações do JWST do espectro atmosférico do planeta. “O espectro também sugere sinais potenciais de sulfeto de dimetila (DMS), que foi previsto como um biomarcador observável nos mundos Hyceanos, motivando considerações sobre uma possível atividade biológica no planeta”, escreveram os pesquisadores.

O DMS chamou a atenção das pessoas porque é produzido por organismos vivos aqui na Terra, principalmente por micróbios marinhos. Portanto, encontrá-lo em um mundo oceânico é motivo para uma análise mais profunda. Uma equipe de pesquisadores dos EUA, Alemanha e Reino Unido examinou a detecção para ver como ela se ajusta aos modelos atmosféricos.

“As melhores bioassinaturas num exoplaneta podem diferir significativamente daquelas que encontramos hoje em dia mais abundantes na Terra.”

Eddie Schwieterman, astrobiólogo, Universidade da Califórnia, Riverside

Eles publicaram seus resultados em um artigo no Astrophysical Journal Letters. É intitulado “Gases biogênicos de enxofre como bioassinaturas em mundos aquáticos subnetunianos temperados.” O autor principal é Shang-Min Tsai, cientista do projeto Riverside da Universidade da Califórnia.

A maioria dos milhares de exoplanetas que descobrimos não se parece em nada com a Terra. A habitabilidade é impossível de acordo com todas as métricas conhecidas. Mas alguns são mais intrigantes. Alguns, como K2-18b, são mais difíceis de entender em relação à habitabilidade.

Há alguma discordância sobre que tipo de planeta é K2-18b. Foi o primeiro exoplaneta que os cientistas detectaram vapor de água. Pode ser o primeiro exemplo de um mundo Hycean, se existirem.

Representação artística do mini-Netuno K2-18 b. Crédito: NASA, CSA, ESA, J. Olmstead (STScI), N. Madhusudhan (Universidade de Cambridge)

Existem algumas diferenças claras entre K2-18b e a Terra. Nossa atmosfera é dominada por nitrogênio, que representa cerca de 78%. A atmosfera do K2-18b é dominada por hidrogênio. Mas é suficientemente parecido com a Terra em alguns aspectos para que os cientistas estejam interessados ​​em compreendê-lo melhor.

“Este planeta recebe quase a mesma quantidade de radiação solar que a Terra. E se a atmosfera for removida como fator, K2-18b tem uma temperatura próxima da da Terra, o que também é uma situação ideal para encontrar vida”, disse o autor principal Shang-Min Tsai.

Os pesquisadores que encontraram DMS na atmosfera do K2-18b também encontraram dióxido de carbono e metano. Encontrando CO2 e CH4 é digno de nota, mas encontrar DMS com eles é ainda mais intrigante.

“O que foi a cereja do bolo, em termos de busca por vida, é que no ano passado esses pesquisadores relataram uma tentativa de detecção de sulfeto de dimetila, ou DMS, na atmosfera daquele planeta, que é produzido pelo fitoplâncton oceânico da Terra”, Tsai disse. O DMS é oxidado nos oceanos da Terra e é a principal fonte de enxofre atmosférico do planeta.

Composição atmosférica do K2-18b medida pelos instrumentos de infravermelho próximo do JWST.  A detecção de sulfeto de dimetila não resiste a um exame minucioso.  Crédito da imagem: NASA/CSA/ESA/STScI
Composição atmosférica do K2-18b medida pelos instrumentos de infravermelho próximo do JWST. A detecção de sulfeto de dimetila não resiste a um exame minucioso. Crédito da imagem: NASA/CSA/ESA/STScI

No entanto, as conclusões de 2023 não foram conclusivas. Havia indícios de DMS, mas nada forte o suficiente para convencer os cientistas e superar o seu ceticismo profissional. “A inferência potencial do DMS é de grande importância, pois é conhecido por ser um biomarcador robusto na Terra e tem sido amplamente defendido como um biomarcador promissor para exoplanetas”, explicaram os autores do artigo de 2023.

“O sinal DMS do telescópio Webb não era muito forte e só apareceu de certas maneiras durante a análise dos dados”, disse Tsai. “Queríamos saber se poderíamos ter certeza do que parecia ser uma dica sobre o DMS.”

O JWST não possui campainha de alarme e possui um indicador piscante que acende e diz: ‘Biomarcador detectado!’ Produz dados que devem ser processados ​​para revelar seus segredos. Os cientistas também contam com modelos climáticos e de química atmosférica testados em batalha para entender o que o JWST vê.

“Neste estudo, exploramos o enxofre biogênico em uma ampla gama de fluxos biológicos e ambientes UV estelares”, escrevem os pesquisadores. Eles realizaram experimentos com um modelo fotoquímico 2D e um modelo 3D de circulação geral (GCM). De acordo com Tsai e seus colegas pesquisadores, é improvável que os dados mostrem a presença de DMS na atmosfera de K2-18b.

“O sinal se sobrepõe fortemente ao metano, e pensamos que distinguir DMS do metano está além da capacidade deste instrumento”, disse Tsai.

Isso não significa que o DMS esteja descartado. É possível que o produto químico atinja níveis detectáveis ​​se o plâncton ou alguma outra forma de vida o estiver produzindo. Mas eles teriam que produzir cerca de 20 vezes mais DMS do que existe na Terra.

O professor Madhusudhan, da Universidade de Cambridge, é o autor principal do artigo de 2023 sobre a atmosfera do K2-18b. Ele está sendo apontado na mídia como o homem que descobriu vida alienígena em outro planeta. Ele está claramente desconfortável com parte da hipérbole, mas a mensagem está se tornando maior que o mensageiro.

Este estudo provavelmente irá refrear o entusiasmo da mídia. Mas para as pessoas que seguem a ciência, este é apenas mais um exemplo em que a ciência se corrige.

O facto é que estamos apenas tateando no sentido de compreender as atmosferas dos exoplanetas. Os cientistas têm uma ferramenta poderosa no JWST, mas ela tem limitações. Ele mede a luz com extremo detalhe e deixa o resto por nossa conta. “Achamos que é um desafio identificar DMS em 3,4 ?m onde se sobrepõe fortemente com CH4”, explicam os autores. Mas, continuam, “é mais plausível detectar DMS… no infravermelho médio entre 9 e 13 ?m”, explicam os autores.

Este número da pesquisa compara o quão detectável é o DMS no NIR (esquerda) vs MIR (direita). Estamos principalmente interessados ​​no 20xSorg (20 x enxofre orgânico). Sua presença nessa concentração é turva no NIR, mas se destaca mais claramente em dados MIR simulados.  Crédito da imagem: Esquerda: Madhusudhan et al.  2023. À direita: Batalha et al.  2017.
Este número da pesquisa compara o quão detectável é o DMS no NIR (esquerda) vs MIR (direita). Estamos mais interessados ​​no 20xSorganização (20 x enxofre orgânico.) Sua presença nessa concentração é turva no NIR, mas se destaca mais claramente nos dados simulados do MIR. Crédito da imagem: Esquerda: Madhusudhan et al. 2023. À direita: Batalha et al. 2017

Isso significa que há esperança para o K2-18b. Estas observações foram feitas com os instrumentos de infravermelho próximo do JWST, o NIRISS e a NIRSpec. No próximo ano, o JWST examinará novamente a atmosfera do exoplaneta, desta vez com o seu instrumento de infravermelho médio MIRI. Este instrumento deverá dizer-nos definitivamente se o DMS está presente.

Esta figura mostra as faixas de comprimento de onda de seus instrumentos e os modos disponíveis para eles.  Crédito da imagem: NASA/STScI
Esta figura mostra as faixas de comprimento de onda de seus instrumentos e os modos disponíveis para eles. Crédito da imagem: NASA/STScI

A compreensão dos cientistas sobre as bioassinaturas tornou-se mais detalhada. Em vez de procurar bioassinaturas como as da Terra, os cientistas estão a adoptar uma visão mais ampla e holística das bioassinaturas e da natureza das atmosferas em que podem estar presentes.

“As melhores bioassinaturas num exoplaneta podem diferir significativamente daquelas que encontramos hoje mais abundantes na Terra. Num planeta com uma atmosfera rica em hidrogénio, é mais provável que encontremos DMS produzido pela vida em vez de oxigénio produzido por plantas e bactérias, como na Terra”, disse o astrobiólogo da UCR Eddie Schwieterman, autor sénior do estudo.

O trabalho da equipe mostra que o enxofre pode ser um biomarcador detectável para os mundos Hycean. “O limiar moderado para a produção biológica sugere que a procura de gases biogénicos de enxofre como uma classe de bioassinatura potencial é plausível para os mundos Hycean”, concluem.

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