Como James Webb encontrou possível evidência de vida no exoplaneta K2-18b?
O telescópio James Webb obtém dados através do fenômeno chamado de trânsito planetário e uso de espectroscopia.
Para buscar vida fora da Terra, a forma mais promissora é estudar a atmosfera de exoplanetas distantes. A ideia é identificar as componentes das atmosferas e conseguir associar com processes biológicos ou geológicos que formam essas componentes. Algumas componentes que não são exclusivamente biológicas também são importantes como vapor d’água, metano, oxigênio e dióxido de carbono.
Com isso, uma das missões do telescópio James Webb (JWST) foi de analisar atmosferas de exoplanetas. Ele foi construído com ferramentas que ajudam a analisar a atmosfera de um planeta utilizando o método do trânsito planetário. Esse método acontece quando o planeta passa em frente da estrela que ele orbita e parte da luz é interrompida pela sombra do planeta. Com técnicas de espectroscopia, o JWST consegue identificar componentes da atmosfera daquele exoplaneta.
Essa abordagem ganhou muito destaque após o anúncio da detecção de dimetil sulfeto (DMS) e dimetil disulfeto (DMDS) na atmosfera do exoplaneta K2-18b. A notícia ficou conhecida como a “maior evidência de vida fora da Terra” porque essas moléculas, na Terra, são produzidas por organismos vivos, especialmente fitoplânctons marinhos. A presença desses gases em K2-18b junto com descobertas do passado colocam o exoplaneta como um grande candidato para encontrar vida fora da Terra.
K2-18 b
Essa semana, um estudo liderado por astrônomos da Universidade de Cambridge anunciou a observação de possíveis bioassinaturas na atmosfera do exoplaneta K2-18b. O exoplaneta está localizado a 124 anos-luz da Terra e tem cerca de 2 vezes o tamanho terrestre. Com dados do JWST, foram identificadas evidências de dimetil sulfeto (DMS) e dimetil dissulfeto (DMDS), compostos que, na Terra, são produzidos exclusivamente por algas.
Além disso, o K2-18 b está na zona habitável da sua estrela, uma pequena anã vermelha. Porém, a presença desses gases, além de dióxido de carbono e metano, reforça a hipótese de atividade biológica no planeta. As observações alcançaram um nível de confiança de 99,7%, mas não atingiram o limiar de 5σ necessário para confirmação definitiva. Ainda é cedo pra confirmar que há vida no exoplaneta mas ele se torna um grande candidato com essas descobertas.
Trânsito planetário
O trânsito planetário é um fenômeno que ocorre quando um exoplaneta passa em frente à sua estrela, do ponto de vista do observador aqui na Terra. Durante esse evento, parte da luz estelar atravessa a atmosfera do planeta, permitindo que telescópios analisem alterações nessa luz. O JWST foi projetado para observar esses trânsitos no infravermelho tanto no infravermelho próximo quanto no infravermelho médio.
Ao observar trânsitos no infravermelho, o JWST consegue detectar pequenas variações na absorção da luz estelar causada por moléculas e átomos presentes na atmosfera do exoplaneta. A ideia é comparar a luz antes de passar pela atmosfera com a luz que chega quando passa pela atmosfera do exoplaneta. Ao comparar, é possível saber o que está presente na atmosfera daquele exoplaneta.
Espectroscopia
A técnica que permite esse estudo é chamada de espectroscopia que permite decompor a luz em seus diferentes comprimentos de onda. A espectroscopia devolve um espectro, ou seja, a quantidade de luz emitida em cada comprimento de onda. Essa técnica é importante em quase todas as áreas da Astronomia para estudar tanto componentes quando fenômenos astronômicos. Tanto picos de emissão e de absorção são estudados na espectroscopia.
No caso do exoplaneta K2-18b, a espectroscopia infravermelha foi a ideal para detectar a presença de gases. Em 2023, o infravermelho próximo tornou possível encontrar metano e dióxido de carbono. Porém, os gases DMS e DMDS só foram encontrados usando infravermelho médio que é um comprimento de onda um pouco maior que o infravermelho próximo. Isso acontece porque cada molécula tem uma faixa de absorção.
Como saber quais elementos tem na atmosfera?
O comprimento de luz que será absorvido depende da molécula ou do átomo que está sendo estudado. Dependendo de quantos átomos ou moléculas estão presentes diferentes linhas de absorção surgirão ao observar o espectro e comparar com o espectro sem a atmosfera planetária. Esse processo funciona porque os elétrons nos átomos e moléculas só absorvem fótons com energias específicas.
O comprimento de onda que será absorvido corresponde a energia necessária para transições entre níveis de energia quantizados. Quando um fóton com energia compatível encontra uma molécula, ele é absorvido, e o elétron sobe para um nível mais alto. No espectro, isso aparece como uma linha escura que é chamada de linha de absorção. Cada substância possui um conjunto único dessas linhas, que serve como assinatura química dos átomos e moléculas.