Os astrônomos encontraram vida no planeta K2-18b?

Atualizado em 26/outubro/2023

Concepção artística do exoplaneta K2-18 b
Imagem de NASA, CSA, ESA, J. Olmsted (STScI), Science: N. Madhusudhan (Cambridge University)

por Hugh Ross

23 de outubro de 2023

Uma recente explosão de postagens de blogs e reportagens na mídia anunciou com entusiasmo a descoberta de moléculas na atmosfera do exoplaneta K2-18b que poderiam ter sido produzidas, dizem, apenas por organismos vivos. [1] As duas moléculas de “bioassinatura”, sulfeto de dimetila e clorometano, foram detectadas por dois espectrômetros infravermelhos (NIRS e NIRISS) a bordo do Telescópio Espacial James Webb (JWST). Embora a especulação corresse solta, as evidências indicam falta de credibilidade.

Características de K2-18b

K2-18b é um planeta sub-Netuno (com um raio 1,4 - 3,0 vezes o raio da Terra e uma massa maior que a da Terra, mas menor que a de Netuno) orbitando uma estrela anã vermelha M3 a 124 anos-luz de distância. K2-18b orbita sua estrela a cada 32,9 dias a uma distância de apenas 40% da distância orbital de Mercúrio ao Sol. Todavia, como a estrela hospedeira deste exoplaneta é muito menor e mais fria que o Sol, é possível que a temperatura da superfície do K2-18b permita a existência de água líquida ali. 

K2-18b é 8,6 vezes mais massivo que a Terra, com um raio 2,6 vezes maior que o da Terra. Assim, a densidade do planeta é de apenas 2,67 gramas por centímetro cúbico. Em comparação, a densidade da Terra é de 5,5134 gramas por centímetro cúbico.

A proximidade de K2-18b com sua estrela hospedeira significa que ele está bloqueado por maré (um hemisfério é sempre voltado para a estrela hospedeira) ou, como Mercúrio, orbita em ressonância spin-órbita (girando em seu eixo 2 ou 3 vezes para cada 1 ou 2 revoluções orbitais). [2] Em qualquer dos casos, um hemisfério de K2-18b enfrenta a sua estrela hospedeira durante pelo menos 16 dias terrestres de cada vez. 

Qual o Nível de Certeza?

Através do uso dos espectrômetros do JWST, uma equipe de seis astrônomos liderada por Nikku Madhusudhan detectou positivamente metano na atmosfera do K2-18b. [3] O sinal do metano estava no nível 5 sigma (cinco desvios padrão, ou cerca de cinco vezes maior que o ruído de fundo). Ou seja, o nível de certeza de que existe metano na atmosfera do planeta é de 99,99997%. Na literatura de ciências físicas, uma detecção é reconhecida como válida apenas se o sinal for pelo menos 5 sigma, ou 5 vezes acima do ruído de fundo.

A equipe de Madhusudhan também detectou dióxido de carbono na atmosfera do K2-18b, mas apenas no nível 3-sigma. A busca por água (H₂), amônia (NH₃), monóxido de carbono (CO) e cianeto de hidrogênio (HCN) não revelou nenhuma evidência da presença de qualquer uma dessas moléculas. Conseguiu, entretanto, estabelecer limites superiores para a abundância de água, amônia, monóxido de carbono e cianeto de hidrogênio, e estes foram baixos.

O que gerou toda a excitação foi a “potencial” detecção, pela equipe, de sulfureto de dimetila (CH₃SCH₃) e clorometano (CH₃Cl) (ver figura 1). Na realidade, as detecções foram marginais, na melhor das hipóteses. Para o sulfeto de dimetila, a detecção foi apenas no nível 1-sigma, e para o clorometano foi ainda menor.

Figura 1: Modelos de preenchimento espacial de sulfeto de dimetila (parte superior) e clorometano (parte inferior)
Crédito: Domínio público via Reasons to Believe)

A comunidade de pesquisadores astronômicos permanece altamente cética em relação à “detecção” da equipe Madhusudhan, especialmente a do sulfeto de dimetila. Eles se lembram das alegações sensacionais de 2020 de que fosfina (PH3) foi encontrada na atmosfera superior de Vênus. Esse anúncio gerou mais de 4.700 notícias em todo o mundo. Depois, em apenas alguns meses, a alegação teve de ser retirada à luz de observações de acompanhamento que não conseguiram detectar qualquer fosfina. [4] Para seu crédito, Madhusudhan e os seus colegas referiram-se à sua descoberta como “provisória” e recomendaram medições espectrais mais sensíveis da atmosfera do K2-18b.

Bioassinaturas Definitivas?

O sulfeto de dimetila é o tioéter mais simples. É produzido naturalmente na Terra por certos fitoplânctons marinhos, algas e corais. Esses organismos marinhos liberam anualmente cerca de 10 milhões de toneladas de sulfeto de dimetila na atmosfera da Terra. A atividade industrial e a química que ocorrem na interface entre a atmosfera e o oceano [5] produzem quantidades adicionais desta molécula, mas em níveis triviais em comparação com a quantidade gerada pelos organismos marinhos. Assim, os astrônomos calculam que a detecção de uma grande quantidade de sulfeto de dimetila na atmosfera de um planeta seria um indicador confiável da probabilidade de existência de vida marinha naquele planeta. [6]

Na Terra, a quantidade de sulfeto de dimetila na atmosfera é um benefício para a vida avançada. A luz solar na atmosfera faz com que ela se decomponha em aerossóis de enxofre que servem como núcleos de condensação de nuvens, cuja quantidade e distribuição determinam a taxa e a localização das chuvas e da queda de neve. Os aerossóis de enxofre na atmosfera da Terra também regulam o equilíbrio de radiação da Terra.

Embora a maior parte do clorometano na atmosfera terrestre venha de organismos, esta molécula não serve como um biomarcador confiável para a vida em outros locais. Os astrônomos detectaram clorometano na coma (nuvem circundante) do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko e no gás em torno da protoestrela IRAS 16293–2422, onde as condições físicas e químicas excluem a possibilidade de vida. [7] Também demonstraram que existem vias químicas abióticas para a produção de clorometano.

Tornou-se cada vez mais claro para os astrônomos que eles não podem confiar numa única bioassinatura como prova da presença de vida. Se a vida realmente existir num exoplaneta, a sua presença produzirá múltiplas bioassinaturas, todas em níveis fortes.

K2-18b é um Candidato Viável para Hospedar a Vida?

Vários fatores aumentam o ceticismo sobre K2-18b como candidato à vida. Artigos publicados anteriormente explicam por que as características das estrelas anãs M descartariam a possibilidade de existência de vida em qualquer planeta em sua órbita. [8]

A equipe do Mudhusudhan baseou a sua especulação sobre a possível vida no K2-18b na hipótese de que uma atmosfera fina, dominada pelo hidrogênio, se sobrepõe a um oceano espesso de água líquida. Uma atmosfera tão fina significaria que o efeito estufa atmosférico seria demasiado fraco para transformar qualquer água líquida do K2-18b em vapor. Também pode explicar porque é que a equipe não detectou água na atmosfera do planeta. Se K2-18b estiver, de fato, coberto por um oceano muito espesso de água líquida com vários milhares de quilômetros de profundidade, isso poderá muito bem explicar a baixa densidade aparente do planeta. De acordo com o cenário hipotético da equipa Mudhusudhan, K2-18b poderia ser denominado um planeta “hiceano” – representando uma categoria totalmente nova de exoplanetas reivindicados como potenciais candidatos a sustentar vida. (A palavra hiceano é uma mistura de hidrogênio e oceano).

A determinação de que K2-18b tem uma atmosfera fina, em vez de espessa, dominada por hidrogênio é baseada na detecção de uma abundância de metano e dióxido de carbono na atmosfera do exoplaneta, e uma quantidade indetectavelmente baixa (ou inexistente) de amônia e monóxido de carbono. As observações espectrais da equipe estabeleceram apenas que o metano é abundante na atmosfera do K2-18b.

Dado que a água é a terceira molécula mais abundante no universo (depois do H2 e do H3), eu concordaria que K2-18b poderia ser um planeta hiceano. No entanto, reivindicar os planetas hiceano como candidatos ao suporte de vida é ignorar algumas realidades significativas. O maior problema com o modelo do “mundo oceânico” é este: a pressão no fundo de um oceano tão profundo quanto várias centenas de quilômetros ou mais é suficientemente grande para transformar essa água líquida em gelo. [9]

A Figura 2 ilustra uma seção transversal do modelo K2-18b hiceano. Observe que uma barreira de gelo separa a água líquida do planeta do seu material rochoso. Esta barreira, que seria permanente, exclui o funcionamento dos processos químicos necessários tanto à origem como à sobrevivência da vida. Um desafio adicional emerge da investigação sobre a acidificação dos oceanos. A equipe de Amit Levi e Dimitar Sasselov demonstrou que o pH de tal oceano variaria de 2 a 4, ou seja, da acidez do puro suco de limão à acidez do puro suco de tomate. [10] A água dos oceanos da Terra, por outro lado, é ligeiramente básica, com um pH de 7,5 - 8,4.

Figura 2: Seção transversal do modelo Planeta Hiceano (mundo aquático) para K2-18b
Crédito: Hugh Ross (tradução por Sobre As Origens)

Deve-se também notar o fato de K2-18b orbitar tão perto da sua estrela hospedeira, que o seu período de rotação é aproximadamente igual ao seu período de revolução, equivalente a pelo menos 16 dias terrestres. Com um período de rotação tão longo, um hemisfério do K2-18b ficará extremamente quente, enquanto o hemisfério oposto permanecerá terrivelmente frio. A diferença de temperatura entre o dia e a noite seria de várias centenas de graus Celsius. Uma diferença tão grande exclui a sobrevivência de qualquer forma de vida física concebível.

A Vida como a Conhecemos?

Claro, estou assumindo aqui que a vida extraterrestre deve ser semelhante à vida como a conhecemos na Terra. Algumas pessoas afirmam que uma consideração da vida como não a conhecemos poderia produzir estimativas muito mais otimistas para a probabilidade de vida extraterrestre. Contudo, a minha única suposição é que a vida física extraterrestre deve ser baseada no carbono, e esta suposição baseia-se em pesquisas bem estabelecidas.

Décadas atrás, os bioquímicos consideraram a possibilidade teórica de formas de vida físicas baseadas em silício, boro ou arsênico, por exemplo, como substitutos do carbono. O seu estudo levou à conclusão de que o carbono é o único elemento da tabela periódica que possui a estabilidade de ligação química e a complexidade de ligação química que mesmo a forma de vida física mais simples concebível exigiria. Portanto, toda a vida limitada pela física e pelas dimensões do universo deve ser baseada no carbono.

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Mundos Hiceanos como Candidatos Viáveis para a Vida?

Até agora, os astrônomos descobriram e determinaram as características de 5.504 planetas que orbitam outras estrelas além do Sol. [11] Os catálogos de tais planetas revelam que os planetas sub-Netuno que orbitam perto das suas estrelas hospedeiras são relativamente comuns. Esses planetas compreendem cerca de 5% dos 5.504 exoplanetas conhecidos e medidos.

Uma fração considerável dos planetas sub-Netuno podem, de fato, ser mundos hiceanos. A quantidade de água líquida nestes planetas leva tanto os astrônomos como os leigos a vê-los como candidatos promissores para acolher vida. O que frustra esta esperança, no entanto, é o fato de que demasiada água líquida num planeta torna o planeta inabitável. Tendo em conta a sua massa e distância do Sol, a Terra é habitável porque é apropriadamente pobre em água. A sua abundância de água está no nível ideal (relativamente baixo) para sustentar uma ampla diversidade e abundância de vida.

O entusiasmo pela possibilidade de vida nos mundos hiceanos é, em grande parte, impulsionado por um foco injustificado na zona habitável de água líquida dentro da órbita de um planeta em torno de sua estrela hospedeira. Esta zona específica é a mais ampla de uma dúzia ou mais de zonas habitáveis conhecidas dentro de uma órbita planetária. [12] Para que um planeta possa acomodar vida de qualquer complexidade durante qualquer período de tempo, deve residir simultaneamente em todas estas zonas habitáveis conhecidas. Nenhum dos planetas sub-Netuno descobertos até o momento reside em três dessas zonas habitáveis planetárias simultaneamente. Dos 5.512 planetas conhecidos, apenas a Terra reside em mais de três.

Embora eu não afirme que a Bíblia exclui a possibilidade de Deus ter criado vida noutros planetas, [13] posso afirmar que as extensas observações de galáxias, estrelas e planetas efetuadas pelos astrônomos indicam a improbabilidade de que Deus o tenha feito. Como declarou o famoso astrofísico Neil de Grasse Tyson, uma vez que alguém se aventura além da Terra, “o universo é um lugar mortal”. [14]

Notas de Fim

1. Alguns exemplos incluem Ariana Garcia, “NASA Scientists May Have Discovered Planet That Smells Like the Beach”, Microsoft News (22 de setembro de 2023); Julia Robinson, “Explainer: Has Life Been Discovered on an Exoplanet?” Chemistry World (15 de setembro de 2023); Jackie Appel, “We Just Found a Molecule on Another World . . . and Only Living Organisms Can Produce It”, Popular Mechanics (15 de setembro de 2023).
2. Mark A. Wieczorek et al., “Mercury’s Spin-Orbit Resonance Explained by Initial Retrograde and Subsequent Synchronous Rotation”, Nature Geoscience 5 (janeiro de 2012): 18–21, doi:10.1038/ngeo1350.
3. Nikku Madhusudhan et al., “Carbon-Bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere”, (setembro de 2023), arXiv:2309.05566v1. O artigo foi aceito para publicação no Astrophysical Journal, mas a revisão por pares ainda está em andamento.
4. Hugh Ross, “Life Signature in Venus’s Atmosphere: Genuine or Not?” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 29 de março de 2021; I. A. G. Snellen et al., “Re-analysis of the 267 GHz ALMA Observations of Venus. No Statistically Significant Detection of Phosphine”, Astronomy and Astrophysics: Letters 644 (20 de desembro de 2020): id. L2, doi:10.1051/0004-6361/202039717.
5. Gordon A. Novak e Timothy H. Bertram, “Reactive VOC Production from Photochemical and Heterogeneous Reactions Occurring at the Air-Ocean Interface”, Accounts of Chemical Research 53, n.º 5 (5 de maio de 2020): 1014–1023, doi:10.1021/acs.accounts.0c00095.
6. Sara Seager, W. Bains e R. Hu, “Biosignature Gases in H2-Dominated Atmospheres on Rocky Planets”, Astrophysical Journal 777, n.º 2 (10 de novembro de 2013): id. 95, doi:10.1088/0004-637X/777/2/95.
7. Edith C. Fayolle et al., “Protostellar and Cometary Detections of Organohalogens”, Nature Astronomy 1 (outubro de 2017): 703–708,  doi:10.1038/s41550-017-0237-7.
8. Hugh Ross, “‘Electric Wind’ Becomes 9th Habitable Zone”, Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 4 de julho de 2016; Hugh Ross, “Overlap of Habitable Zones Gets Much Smaller” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 27 de dezembro de 2016; Hugh Ross, “Inhabitability of Planets Orbiting Red Dwarfs”, Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 30 de julho de 2017; Hugh Ross, “Tiny Habitable Zones for Complex Life”, Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 4 de março de 2019; Hugh Ross, “Do Superhabitable Planets Exist?” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 2 de novembro de 2020; Hugh Ross, “Red Sky Paradox Points to Rarity of Earth’s Life”, Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 23 de agosto de 2021.
9. A. Levi, D. Sasselov e M. Podolak, “Structure and Dynamics of Cold Water Super-Earths: The Case of Occluded CH4 and Its Outgassing”, Astrophysical Journal 792, n.º 2 (10 de setembro de 2014): id. 125, doi:10.1088/0004-637X/792/2/125; A. Levi e D. Sasselov, “Partitioning of Atmospheric O2 into High-Pressure Ice in Ocean Worlds”, Astrophysical Journal 926, n.º 1 (10 de fevereiro de 2022): id. 72, doi:10.3847/1538-4357/ac4500.
10. A. Levi e D. Sasselov, “A New Desalination Pump Helps Define the pH of Ocean Worlds”, Astrophysical Journal 857, n.º 1 (10 de abril de 2018): id. 65, doi:10.3847/1538-4357/aab715.
11. Exoplanet TEAM, “Extrasolar Planet Catalog”, The Extrasolar Planets Encyclopaedia, acessado em 21 de setembro de 2023. 
12. Hugh Ross, Designed to the Core (Covina, CA: RTB Press, 2022), 133–148, 171–181. (ou aqui)
13. Hugh Ross, “A Bíblia diz que estamos sozinhos no universo?” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 2 de maio de 2022. (já traduzido e publicado aqui no blog)
14. “Neil deGrasse Tyson, (caught on camera): The Universe Is Trying to Kill You”, entrevista, Big Think Mentor, 27 de junho de 2013.

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Traduzido de Have Astronomers Found Life on Planet K2-18b?

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