O Metano e a a busca por vida extraterrestre

Por: Fenomenum Comentários: 0

Há 15 anos, astrônomos de exoplanetas fizeram um avanço na busca pela vida extraterrestre. A detecção de metano em um exoplaneta distante abriu caminho para a busca pela química orgânica no cosmos.


Neste artigo:


Introdução

O estudo de exoplanetas – mundos ao redor de outras estrelas – percorreu um longo caminho em apenas algumas décadas. Com nada além de suposições e imaginação sobre esses planetas extrasolares, até o início dos anos 1990, os cientistas já confirmaram a existência de mais de 5.000 desses mundos.

E o estudo detalhado dos exoplanetas, principalmente da composição molecular de suas atmosferas, é ainda mais recente. Enquanto o Hubble e o novo Telescópio Espacial James Webb já descobriram compostos orgânicos em vários planetas, a primeira detecção de compostos orgânicos em um exoplaneta foi há apenas 15 anos. Usando o Telescópio Espacial Hubble, o cientista do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, Mark Swain, fez a descoberta e publicou um artigo há 15 anos na Nature, em 20 de março de 2008.

O metano e outros compostos orgânicos são importantes porque são essenciais para a química pré-biótica, pelo menos quando se trata da vida como a conhecemos. Detectar metano em um exoplaneta distante não é um sinal certo de vida, mas ajuda os cientistas a entender melhor quais mundos lá fora podem ser habitáveis ​​e quais não.

A história da detecção de metano em HD 189733b é de meandros e reflexões intelectuais, uma ideia nascida de uma síntese de ideias não planejada, mas fortuita. Como estudante de pós-graduação, Swain estava interessado em radioastronomia, fazendo seu trabalho de tese no Very Large Array, um interferômetro de rádio.

Um interferômetro é onde você conecta telescópios separados de uma maneira especial para fazê-los agir como um grande telescópio”, diz Swain ao Inverse.

Após a formatura, Swain trabalhou no instrumento Cornell’s South Pole Imaging Fabry-Perot Interferometer (SPIFI) para observar as regiões de formação estelar de galáxias distantes.

A partir daí, Swain conseguiu um emprego no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA – como engenheiro óptico em vez de cientista – no início dos anos 2000. Devido ao seu trabalho de instrumentação no SPIFI e seu trabalho de doutorado em interferômetros de radioastronomia, ele foi enviado ao Havaí para ajudar no projeto Keck Interferometer, conectando os dois telescópios Keck em Mauna Kea para funcionar como um grande telescópio.

O Keck Interferometer foi construído para observar exoplanetas, e foi a exposição a esse trabalho que deu a Swain o cerne da ideia que se desenvolveria nas observações de metano em HD 189733b.

Uma das coisas sobre os interferômetros é que eles funcionam melhor se a atmosfera for muito, muito estável”, diz ele. Ele estava ciente do trabalho em andamento na Antártida sugerindo que a atmosfera era muito estável lá, “então tive a ideia de que se pegássemos a tecnologia do interferômetro Keck que estávamos construindo, na NASA, e a colocássemos em contêineres”, diz Swain, e o enviou para o fundo do mundo, os astrônomos puderam ter uma visão melhor de outros mundos.

Swain propôs a ideia à comunidade astronômica francesa, que tinha uma base onde tal instrumento poderia ser colocado. Ele foi convidado a fazer uma visita na França, no Observatoire de Grenoble, para começar a trabalhar nessa ideia. Mas quando ele começou a contemplar o que estava se tornando um projeto de € 50 a € 100 milhões, ele percebeu que alguém precisava conduzir alguns estudos preliminares, e teria que ser ele.

LIMITES DE DETECÇÃO

Durante o inverno de 2005 a 2006, Swain escreveu várias propostas de observação de exoplanetas, incluindo uma observação de HD 189733b usando o Telescópio Espacial Hubble. Swain propôs que o Hubble realizasse observações de espectroscopia de trânsito infravermelho de HD 189733b, uma maneira sofisticada de dizer que o Hubble observaria a luz passando pela atmosfera de HD 189733b conforme ela passasse na frente de sua estrela – luz infravermelha de comprimento de onda – e procuraria assinaturas de diferentes produtos químicos.

Um espectrógrafo se baseia no fato de que diferentes produtos químicos absorvem a luz ou a deixam passar, dependendo do comprimento de onda da luz, obtendo um padrão que se parece com linhas onduladas chamadas espectro.

Quando o planeta passa na frente da estrela, ele bloqueia a luz das estrelas, mas o planeta parece um pouco maior. Porque a atmosfera, a parte opaca da atmosfera, é literalmente maior em comprimentos de onda onde uma molécula como a água ou o metano é absorvida”, diz Swain. “Essa é uma impressão digital da assinatura molecular e é assim que usamos o espectro para descobrir o que há na atmosfera do exoplaneta.

HD 189733b é um planeta quente do tipo Júpiter, de acordo com Swain. Aproximadamente a massa de Júpiter, mas um pouco mais inchada devido a orbitar muito mais perto de sua estrela do que a maioria dos planetas. As temperaturas diurnas podem exceder 2.000 graus Fahrenheit.

Por causa dessa temperatura, Swain e o astrônomo do JPL Gautam Vasisht, que se juntou a Swain em seu projeto Hubble por volta de 2007, não esperavam encontrar metano em HD 189733b. Quando você mistura diferentes elementos, como hidrogênio, oxigênio e carbono em diferentes temperaturas e pressões, diferentes estruturas tendem a resultar.

O carbono em algumas temperaturas prefere produzir metano e em outras temperaturas prefere produzir monóxido de carbono”, diz Swain. E com base em trabalhos anteriores sobre gigantes gasosos, ele diz: “Pensamos que deveríamos ver [monóxido de carbono]” em HD 189733b.

Mas eles não viram monóxido de carbono. Quando obtiveram o espectro de Hubble de HD 189733b, “pudemos ver a absorção de vapor de água na atmosfera do planeta, mas havia algo mais”, diz Swain. “E não tínhamos certeza do que era.”

MONTANDO A EQUIPE

Enquanto Swain e Vasisht se intrigavam com sua característica misteriosa no espectro de HD 189733b, eles leram um artigo publicado na Nature naquele ano pela física italiana Giovanna Tinetti. Ela usou o telescópio infravermelho Spitzer da NASA para observar HD 189733b e publicou a primeira descoberta de vapor d’água na atmosfera do planeta.

Swain encontrou Tinetti em uma conferência algumas semanas depois que ela publicou seu artigo. Ele a parabenizou pelo que disse ter sido um grande resultado, depois perguntou se ela tinha alguma opinião sobre o trabalho dele.

“’Isso é incrível, deixe-me mostrar nosso espectro’”, disse Swain a Vasisht. “Porque temos um espectro com 15, 16 pontos de dados que mostram absolutamente a característica da água, mas temos outra coisa que não sabemos o que é”, Swain lembra de ter perguntado a Tinetti. “Ela olha para ele e diz: ‘Acho que você tem metano’.”

Então Tinetti se juntou à equipe. O artigo subsequente mostrando a primeira detecção de metano em outro mundo foi publicado na Nature em 2008, com Swain, Vashist e Tinetti como coautores.

O FUTURO DA ESPECTROSCOPIA DE EXOPLANETAS

Um dos legados imediatos do artigo de 2008 foi que ele desvendou a espectroscopia infravermelha com o telescópio Hubble.

Houve algum trabalho anterior no [espectro de luz] visível, mas por alguma razão não havia realmente decolado”, diz Swain.

Também levou os cientistas a considerar o que poderiam fazer com instrumentos mais novos do que o Hubble. Tinetti é agora o principal investigador de uma missão da Agência Espacial Europeia chamada Ariel, programada para ser lançada em 2029, que conduzirá a espectroscopia de trânsito de uma amostra de 1.000 planetas, de acordo com Swain. E Swain, por sua vez, é o principal investigador da contribuição da NASA para ARIEL, a Contribuição para ARIEL Espectroscopia de Exoplanetas ( CASE ), um instrumento de detecção de luz infravermelha próxima.

Obviamente, os cientistas não precisam esperar o lançamento do ARIEL para realizar estudos de espectroscopia infravermelha de ponta. O JWST, com menos de dois anos de vida operacional, já está produzindo observações detalhadas de exoplanetas.

James Webb vai transformar esse campo, não tenho dúvidas sobre isso. Ele tem a combinação de uma sensibilidade muito maior, por causa do grande espelho, ele tem um instrumento de resolução espectral mais alta,” diz Swain. “Você pode realmente usar isso, para estrelas brilhantes e planetas brilhantes.

Refletindo sobre o quanto a ciência dos exoplanetas cresceu desde sua detecção de metano em um planeta gigante de gás quente em 2008, Swain vê o futuro, o futuro próximo, como aquele em que os pesquisadores estudam regularmente uma ampla gama de exoplanetas, de corpos do tamanho de Netuno a super -Terras e planetas terrestres rochosos mais semelhantes aos do nosso próprio Sistema Solar interior.

A complexidade e a variedade de processos que podem ocorrer em pequenos planetas são realmente fascinantes para mim, e acho que poderemos começar a estudar isso com James Webb”, diz ele. “Isso é tremendamente emocionante.

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