Oxigênio em exoplanetas nem sempre significa a presença de vida

Na busca por vida em outros planetas, a presença de oxigênio na atmosfera do planeta é um dos sinais potenciais de atividade biológica que poderão ser detectados por futuros telescópios. O novo estudo, no entanto, descreve vários cenários em que um planeta rochoso sem vida em torno de uma estrela semelhante ao Sol poderia evoluir para ter oxigênio em sua atmosfera.

Os novos resultados, publicados na AGU Advances, destacam a necessidade de telescópios de última geração capazes de caracterizar o ambiente planetário e buscar múltiplas linhas de evidência para a vida, além de detectar oxigênio.

“Isso é útil porque mostra que há maneiras de obter oxigênio em uma atmosfera sem vida, mas há outras observações que você pode fazer para ajudar a distinguir esses falsos positivos da vida real”, disse o autor do estudo, Joshua Chrissansen. “Para cada cenário, tentamos dizer o que seu telescópio teria que fazer para distinguir o oxigênio regular do oxigênio biológico.”

Nas próximas décadas, talvez no final da década de 2030, os astrônomos esperam ter um telescópio capaz de capturar imagens diretas e espectros de planetas potencialmente semelhantes à Terra em torno de estrelas semelhantes ao sol.

O co-autor Jonathan Fortney, professor de astronomia e astrofísica e diretor do Laboratório de Outros Mundos da UCLA, disse que a ideia é atingir planetas semelhantes o suficiente à Terra para que a vida surja e caracterize sua atmosfera. ...

“Tem havido muita discussão sobre se encontrar oxigênio é um sinal 'suficiente' de vida”, disse ele. “Este trabalho prova realmente a necessidade de conhecer o contexto da sua descoberta. Que outras moléculas foram encontradas além do oxigênio, ou não foram encontradas, e o que isso nos diz sobre a evolução do planeta? "

Isso significa que os astrônomos precisarão de um telescópio que seja sensível a uma ampla gama de comprimentos de onda para detectar diferentes tipos de moléculas na atmosfera do planeta.

Os pesquisadores basearam suas descobertas em um modelo computacional detalhado de ponta a ponta da evolução dos planetas rochosos, começando com suas origens derretidas e passando por bilhões de anos de ciclos geoquímicos e de resfriamento. Variando o suprimento inicial de voláteis em seus planetas modelo, os pesquisadores obtiveram uma gama surpreendentemente ampla de resultados.

O oxigênio pode começar a se acumular na atmosfera do planeta quando a luz ultravioleta de alta energia quebra as moléculas de água na atmosfera superior em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio leve preferencialmente escapa para o espaço, deixando o oxigênio para trás.

Outros processos podem remover o oxigênio da atmosfera. Por exemplo, o monóxido de carbono e o hidrogênio liberados durante a desgaseificação da rocha fundida reagem com o oxigênio, e o desgaste da rocha também absorve oxigênio. Esses são apenas alguns dos processos que os pesquisadores incorporaram ao seu modelo de evolução geoquímica do planeta rochoso.

“Se você executar um modelo para a Terra com o que pensamos ser o suprimento inicial de voláteis, você obterá com segurança o mesmo resultado todas as vezes - sem vida, você não obterá oxigênio na atmosfera”, disse Joshua Chrissansen. “Mas também encontramos vários cenários onde você pode obter oxigênio sem vida.”

Por exemplo, um planeta que é semelhante à Terra, mas começa com mais água, acabará tendo oceanos muito profundos que colocam uma pressão tremenda na crosta. Isso efetivamente interrompe a atividade geológica, incluindo todos os processos, como derretimento ou intemperismo de rochas que removem o oxigênio da atmosfera.

No caso oposto, quando o planeta começa com relativamente pouca água, a superfície de magma do planeta originalmente derretido pode se solidificar rapidamente enquanto a água permanecer na atmosfera. Essa “atmosfera vaporosa” coloca água suficiente na alta atmosfera para permitir que o oxigênio se acumule enquanto a água se decompõe e o hidrogênio é liberado.

“A sequência típica é que a superfície do magma se solidifica simultaneamente com a condensação da água nos oceanos na superfície”, disse Joshua Chrissansen. “Na Terra, quando a água condensava na superfície, a taxa de vazamento era baixa. Mas se você mantiver uma atmosfera vaporosa depois que a superfície derretida se solidificou, há uma janela de cerca de um milhão de anos onde o oxigênio pode se acumular, porque a alta atmosfera tem uma alta concentração de água e não há superfície derretida para consumir o oxigênio produzido por a liberação de hidrogênio. ”

O terceiro cenário, que pode levar ao oxigênio na atmosfera, envolve um planeta que é semelhante à Terra, mas começa com uma proporção maior de dióxido de carbono para água.