Ciência

Procurar nos céus os blocos de construção da vida no universo

Procurar nos céus os blocos de construção da vida no universo

Chegou o momento do Telescópio Espacial James Webb (JWST) levar a astronomia dos exoplanetas ainda mais longe. Os investigadores europeus têm vindo a fazer um grande trabalho de preparação para este momento.

Desde o seu lançamento da Guiana Francesa a 25 de dezembro de 2021, a bordo de um foguete Ariane 5, e após 30 anos de fabrico, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) é o presente de Natal que os astrónomos continuam a abrir.

Como muitos astrónomos na Europa, Pierre-Olivier Lagage, astrofísico da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atómica (CEA), com sede em Paris, tem vindo a preparar-se para a JWST há anos.

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Um projeto conjunto com a NASA, a Agência Espacial Canadiana (CSA) e a Agência Espacial Europeia (ESA), o JWST começou a teletransportar as suas primeiras imagens do cosmos em julho de 2022, depois de chegar à sua posição estratégica a 1,5 milhões de quilómetros da Terra e desdobrar o seu característico escudo solar gigante.

Sucessor digno do icónico Telescópio Espacial Hubble, o JWST, que custou 10 mil milhões de euros, tem grandes objetivos científicos. Estes incluem o estudo do universo primitivo pouco depois do Big Bang, galáxias e formação de estrelas, buracos negros, o nosso próprio sistema solar e a procura dos elementos de base da vida no universo.

Mina de ouro científica

Lagage é o principal investigador do "Exoplanet Atmosphere New Emission Transmission Spectra Analysis", financiado pelo H2020, ou projeto ExoplANETS A. Ele e os seus colegas desenvolveram uma ferramenta de dados para explorar a riqueza dos dados espectroscópicos existentes de missões anteriores para estudar exoplanetas.

Desde o seu início há 20 anos, a astronomia dos exoplanetas descobriu milhares de exoplanetas. Agora a instrumentação espectroscópica do JWST oferece uma oportunidade sem precedentes de estudar as assinaturas químicas da vida na sua atmosfera.

A espectroscopia de exoplanetas em trânsito é uma das principais técnicas em astronomia de exoplanetas. Quando um planeta em órbita se move em frente da sua estrela relativamente ao observador, o espectro de luz da estrela muda à medida que passa pela atmosfera do planeta. As alterações na luz detetadas indicam a composição química da atmosfera do planeta e se é provável que suporte vida ou não.

A ferramenta Exoplanetas A utiliza a análise de dados para permitir aos astrónomos caracterizar uma vasta gama de atmosferas de exoplanetas. É provável que os astrónomos que utilizam o JWST a considerem útil para ajudar as suas próprias observações, indicando que informação pode ser útil, e o que é que pode ser ruído.

Uma desvantagem das observações espectroscópicas é que embora sejam uma mina de ouro de informação, o sinal é misturado com muito ruído. Informação inútil não relacionada com a atmosfera do exoplaneta pode obscurecer os dados valiosos na observação.

Ruído sistemático

Isto porque o sinal criado pela atmosfera planetária é minúsculo em comparação com o resto da luz proveniente da estrela, de acordo com Lagage. "Portanto, é preciso desenvolver ferramentas para remover este ruído sistemático e obter o sinal certo", disse.

O projeto Exoplanet A vai mais longe. Para modelar a atmosfera de um exoplaneta, é também necessário ter uma boa compreensão da sua estrela anfitriã. Para ajudar nesta tarefa, o projeto criou uma base de dados das propriedades das estrelas com exoplanetas. Foi feito com dados arquivados do XMM-Newton da ESA e Observatório Espacial Gaia. As observações iniciais de exoplanetas do JWST foram do gigante de ar quente WASP-39b, planeta descrito como um "Júpiter quente". Orbita uma estrela parecida com o Sol a 700 anos-luz de distância. No mês passado, utilizando a espectroscopia, o JWST fez a primeira observação confirmada de dióxido de carbono num exoplaneta.

Apanhados no TRAPPIST-1

O projeto ESCAPE (Exploring Shortcuts for the Characterization of the Atmospheres of Planets similar to Earth) também tem procurado maneiras de ajudar a caracterizar as atmosferas de exoplanetas semelhantes à Terra. Martin Turbet, astrofísico do Centro Nacional Francês de Investigação Científica (CNRS) e investigador principal do projeto ESCAPE, financiado pelo H2020, disse que isto exigia explorar novas técnicas de observação, utilizando diferentes telescópios terrestres e espaciais.

Por exemplo, os astrónomos têm vindo a desenvolver novos métodos para calcular a densidade dos planetas em órbita da TRAPPIST-1, uma estrela anã vermelha ultra-arrefecida a cerca de 40 anos-luz do nosso sistema solar. Descoberta inicialmente em 2000, foi anunciado em 2017 que em torno da estrela TRAPPIST-1 orbitam em formação apertada sete pequenos exoplanetas, e que alguns deles podem ser habitáveis.

Para calcular a densidade de um planeta, é necessário conhecer o seu raio e massa. O dimensionamento do planeta pode ser feito utilizando observações espectroscópicas. A massa pode ser calculada observando o efeito da atração gravitacional do planeta sobre a sua estrela anfitriã.

Pesagem de exoplanetas

"Esta é a forma clássica de medir o peso de um planeta", disse Turbet. "Mas no caso dos planetas do sistema da TRAPPIST-1, a massa dos planetas é tão pequena que a técnica clássica não funciona".

No entanto, o sistema TRAPPIST-1 é peculiar porque os sete planetas orbitam todos muito próximos uns dos outros e exercem fortes forças gravitacionais uns sobre os outros, afirmou.

Isto afeta as suas órbitas e significa que não passam, ou transitam, em frente da sua estrela anfitriã em pontos fixos de tempo.

A medição dos desvios nestes tempos de trânsito permitiu aos investigadores avaliar a força das forças gravitacionais entre os planetas e avaliar as suas massas, disse Turbet.

Graças a esta técnica, dizem ser agora capazes de fazer as previsões mais precisas de sempre do conteúdo em água dos sete planetas conhecidos no sistema TRAPPIST-1.

As observações, e os cálculos de massa, densidade e teor de água foram feitos utilizando telescópios terrestres, tais como o telescópio SPECULOOS no Observatório Europeu do Sul (ESO) no Chile, telescópios espaciais, e um novo trabalho teórico. Turbet disse que o JWST e o planeado Telescópio de dimensão extremamente grande (Extremely Large Telescope - ELT) poderiam ser capazes de detetar potenciais sinais de vida, conhecidos como biomarcadores, em atmosferas de exoplanetas.

Contudo, advertiu que estes «não podem ser utilizados como prova definitiva de que há vida no planeta». Isto porque trabalhos recentes mostraram que os biomarcadores, como o oxigénio, podem ser formados sem vida.

Luz estelar refletida

Turbet e os seus colegas também têm vindo a investigar uma nova técnica de espectroscopia, conhecida como espectroscopia de luz refletida. Em vez de analisar como a luz de uma estrela muda à medida que um planeta passa à sua frente, este método analisa a forma como a luz da estrela é refletida pela atmosfera do planeta.

Os modelos da presença de água e do conteúdo das atmosferas planetárias também vão ajudar as observações do JWST, disse Turbet. Permitirão aos astrónomos planear as suas observações para maximizar a recolha de dados com verdadeiro interesse.

Dito isto, a investigação exoplanetária não se resume à procura de vida extraterrestre. Os exoplanetas poderiam também fornecer-nos informações sobre a história da Terra e como se desenvolveu a sua atmosfera, de acordo com Lagage.

"O que me interessa mais é a atmosfera de exoplanetas de dimensão maior ou equivalente à da Terra", afirmou.

A investigação neste artigo foi financiada através da Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) da UE foi originalmente publicada na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE. 

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