Exoplaneta bem maior que a Terra é candidato sério a abrigar vida

Descobertas sobre o planeta K2-18b, a 124 anos-luz de distância, abrem caminho para a investigação de vida em planetas consideravelmente maiores que a Terra

Concepção artística do K2-18b: novas possibilidades na busca pela vida como a que conhecemos. Crédito: Amanda Smith

Astrônomos britânicos descobriram que um exoplaneta com mais do dobro do tamanho da Terra é potencialmente habitável, abrindo a busca de vida a planetas significativamente maiores que a Terra, mas menores que Netuno. Os resultados de sua pesquisa são relatados na revista “The Astrophysical Journal Letters”.

Uma equipe da Universidade de Cambridge usou a massa, o raio e os dados atmosféricos do exoplaneta K2-18b e determinou que é possível que o planeta hospede água líquida em condições habitáveis ​​sob sua atmosfera rica em hidrogênio.

O K2-18b, a 124 anos-luz de distância, tem 2,6 vezes o raio e 8,6 vezes a massa da Terra, e orbita sua estrela dentro da zona habitável, onde as temperaturas podem permitir a existência de água líquida. O planeta foi objeto de uma cobertura significativa da mídia no outono de 2019, quando duas equipes diferentes relataram a detecção de vapor d’água em sua atmosfera rica em hidrogênio. No entanto, a extensão da atmosfera e as condições do interior por baixo continuavam desconhecidas.

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Água líquida e atmosfera

“O vapor d’água foi detectado na atmosfera de vários exoplanetas, mas, mesmo que o planeta esteja na zona habitável, isso não significa necessariamente que haja condições habitáveis ​​na superfície”, disse Nikku Madhusudhan, do Instituto de Astronomia de Cambridge, que liderou a nova pesquisa. “Para estabelecer as perspectivas de habitabilidade, é importante obter um entendimento unificado das condições interiores e atmosféricas do planeta – em particular, se a água líquida pode existir sob a atmosfera.”

Dado o tamanho do K2-18b, foi sugerido que seria mais uma versão menor do Netuno do que uma versão maior da Terra. Espera-se que um ‘mini-Netuno’ tenha um ‘envelope’ significativo de hidrogênio ao redor de uma camada de água de alta pressão, com um núcleo interno de rocha e ferro. Se o envelope de hidrogênio for muito espesso, a temperatura e a pressão na superfície da camada de água abaixo seriam muito grandes para sustentar a vida.

Agora, Madhusudhan e sua equipe mostraram que, apesar do tamanho do K2-18b, seu envelope de hidrogênio não é necessariamente muito espesso e a camada de água pode ter as condições certas para sustentar a vida. Eles usaram as observações existentes da atmosfera, bem como a massa e o raio, para determinar a composição e a estrutura da atmosfera e do interior usando modelos numéricos detalhados e métodos estatísticos para explicar os dados.

Os pesquisadores confirmaram que a atmosfera é rica em hidrogênio com uma quantidade significativa de vapor d’água. Eles também descobriram que os níveis de outros produtos químicos, como metano e amônia, estavam abaixo do esperado para essa atmosfera. Ainda não se sabe se esses níveis podem ser atribuídos a processos biológicos.

Leque de busca ampliado

A equipe então usou as propriedades atmosféricas como condições de contorno para os modelos do interior planetário. Eles exploraram um amplo leque de modelos que poderiam explicar as propriedades atmosféricas, bem como a massa e o raio do planeta. Isso lhes permitiu obter a gama de possíveis condições no interior, incluindo a extensão do envelope de hidrogênio e as temperaturas e pressões na camada de água.

“Queríamos saber a espessura do envelope de hidrogênio – qual a profundidade do hidrogênio”, disse o coautor Matthew Nixon, aluno de doutorado do Instituto de Astronomia de Cambridge. “Embora essa seja uma pergunta com várias soluções, mostramos que você não precisa de muito hidrogênio para explicar todas as observações juntas.”

Os pesquisadores descobriram que a extensão máxima do envelope de hidrogênio permitida pelos dados é de cerca de 6% da massa do planeta, embora a maioria das soluções exija muito menos. A quantidade mínima de hidrogênio é de cerca de um milionésimo em massa, semelhante à fração de massa da atmosfera da Terra. Em particular, vários cenários permitem um mundo oceânico, com água líquida abaixo da atmosfera a pressões e temperaturas semelhantes às encontradas nos oceanos da Terra.

O estudo abre a busca de condições habitáveis ​​e de assinaturas biológicas fora do Sistema Solar para exoplanetas significativamente maiores que a Terra, além dos exoplanetas semelhantes à Terra. Além disso, planetas como o K2-18b são mais acessíveis a observações atmosféricas com instalações observacionais atuais e futuras. As restrições atmosféricas obtidas nesse estudo podem ser refinadas usando observações futuras com grandes instalações, como o futuro Telescópio Espacial James Webb.