Na busca por vida em outros planetas, a presença de oxigênio na atmosfera de um planeta é um sinal potencial de atividade biológica que pode ser detectada por futuros telescópios. 

Ao variar o inventário inicial de elementos voláteis em um modelo da evolução geoquímica de planetas rochosos, os pesquisadores obtiveram uma ampla gama de resultados, incluindo vários cenários em que um planeta rochoso sem vida ao redor de uma estrela semelhante ao Sol poderia evoluir para ter oxigênio em sua atmosfera . Crédito: J. Krissansen-Totton

Um 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. As novas descobertas, publicadas em 13 de abril na AGU Advances, destacam a necessidade de telescópios de última geração que sejam capazes de caracterizar ambientes planetários e buscar múltiplas linhas de evidência de vida, além de detectar oxigênio.

"Isso é útil porque mostra que há maneiras de obter oxigênio na atmosfera sem vida, mas há outras observações que você pode fazer para ajudar a distinguir esses falsos positivos da evidencia real", disse o primeiro autor Joshua Krissansen-Totton, um Companheiro de Sagan no Departamento de Astronomia e Astrofísica da UC Santa Cruz. "Para cada cenário, tentamos dizer o que seu telescópio precisa ser capaz de fazer para distinguir isso do oxigênio biológico."

Nas próximas décadas, talvez no final da década de 2030, os astrônomos esperam ter um telescópio capaz de capturar imagens 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 UCSC's Other Worlds Laboratory, disse que a ideia seria mirar em planetas semelhantes o suficiente à Terra para que a vida pudesse ter surgido neles e caracterizar suas atmosferas.

"Tem havido muita discussão sobre se a detecção de oxigênio é um sinal de vida 'suficiente", disse ele. "Este trabalho realmente defende a necessidade de saber o contexto de sua detecção. Que outras moléculas são encontradas além do oxigênio, ou não encontradas, e o que isso diz a você sobre a evolução do planeta?"

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

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

O oxigênio pode começar a se acumular na atmosfera de um planeta quando a luz ultravioleta de alta energia divide 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. O monóxido de carbono e o hidrogênio liberados pela liberação de gases de rocha derretida, por exemplo, reagirão com o oxigênio, e o desgaste da rocha também absorve o oxigênio. Esses são apenas alguns dos processos que os pesquisadores incorporaram em seu modelo de evolução geoquímica de um planeta rochoso.

"Se você executar o modelo para a Terra, com o que pensamos ser o inventário inicial de voláteis, você obterá o mesmo resultado com segurança todas as vezes, sem vida você não obtém oxigênio na atmosfera", disse Krissansen-Totton. "Mas também encontramos vários cenários onde você pode obter oxigênio sem vida."

Por exemplo, um planeta que é como a Terra, mas começa com mais água, acabará com oceanos muito profundos, colocando uma pressão imensa sobre a crosta. Isso efetivamente desliga a atividade geológica, incluindo todos os processos como derretimento ou intemperismo de rochas que removeriam o oxigênio da atmosfera.

No caso oposto, onde o planeta começa com uma quantidade relativamente pequena de água, a superfície de magma do planeta inicialmente derretido pode congelar rapidamente enquanto a água permanece na atmosfera. Essa "atmosfera de vapor" coloca água suficiente na alta atmosfera para permitir o acúmulo de oxigênio à medida que a água se quebra e o hidrogênio escapa.

"A sequência típica é que a superfície do magma se solidifica simultaneamente com a condensação da água em oceanos na superfície", disse Krissansen-Totton. "Na Terra, uma vez que a água condensou na superfície, as taxas de escape foram baixas. Mas se você reter uma atmosfera de vapor depois que a superfície derretida se solidificou, há uma janela de cerca de um milhão de anos quando o oxigênio pode se acumular porque há altas concentrações de água em a alta atmosfera e nenhuma superfície derretida para consumir o oxigênio produzido pelo escape de hidrogênio."

Um terceiro cenário que pode levar ao oxigênio na atmosfera envolve um planeta que é parecido com a Terra, mas começa com uma proporção maior de dióxido de carbono para água. Isso leva a um efeito estufa descontrolado, tornando-o muito quente para a condensar a água da atmosfera para a superfície do planeta.

"Neste cenário semelhante ao de Vênus, todos os voláteis começam na atmosfera e poucos são deixados para trás no manto para serem eliminados e absorvidos pelo oxigênio", disse Krissansen-Totton.

Ele observou que os estudos anteriores se concentraram nos processos atmosféricos, enquanto o modelo utilizado neste estudo explora a evolução geoquímica e térmica do manto e da crosta do planeta, bem como as interações entre a crosta e a atmosfera.

“Não é computacionalmente intensivo, mas há muitas partes móveis e processos interconectados”, disse ele.

Mais informações: Joshua Krissansen-Totton et al. Oxygen False Positives on Habitable Zone Planets Around Sun-Like Stars. AGU Advances. First published: 13 April 2021 doi.org/10.1029/2020AV000294

Fonte: Phys