Aguardamos pacientemente que telescópios como o Telescópio Espacial James Webb vejam a primeira luz, e uma das razões é a capacidade de estudar a atmosfera dos exoplanetas. A idéia é procurar por bioassinatura s: coisas como oxigênio e metano. Mas um novo estudo diz que exoplanetas com hidrogênio em suas atmosferas são um bom lugar para procurar vida alienígena.
Essa ideia vai contra a corrente. O hidrogênio não é comumente visto como uma bioassinatura, embora algumas bactérias o produzam ao decompor a matéria orgânica. Mas há outras razões que fazem dos planetas com hidrogênio em suas atmosferas alvos sólidos na busca pela vida.
O novo artigo é intitulado "Estudos de laboratório sobre a viabilidade de vida em atmosferas exoplanetas com H2" A autora principal é Sara Seager, uma conhecida astrofísica e cientista planetária do MIT. O artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.
"Existe uma diversidade de mundos habitáveis por aí, e confirmamos que a vida na Terra pode sobreviver em atmosferas ricas em hidrogênio".
Sara Seager, Autor Principal, MIT.
Como apontam Seager e seus co-autores, as atmosferas de hidrogênio são um local desejável para procurar sinais de vida. Não é porque o próprio hidrogênio sinalize necessariamente a presença da vida. É porque o hidrogênio é muito mais leve que elementos como nitrogênio e oxigênio, que estão presentes na atmosfera da Terra. Isso significa que as atmosferas de hidrogênio se estendem muito mais para o espaço e são mais facilmente estudadas com nossos telescópios.
O Telescópio Espacial James Webb da NASA será capaz de medir o espectro das atmosferas de exoplanetas semelhantes à Terra que orbitam pequenas estrelas.
Crédito: NASA, Northrop Grumman
Como os autores escrevem: “As atmosferas planeta rochosas mais observacionalmente acessíveis são aqueles dominados por gás de hidrogénio molecular, porque a baixa densidade de H 2 ligações de gás a uma atmosfera expansivo”.
Essa afirmação não é de forma alguma controversa. Mas a vida pode sobreviver em um ambiente como esse? "A capacidade da vida de resistir a ambientes exóticos, no entanto, não foi testada neste contexto", escrevem os pesquisadores. E isso nos leva à carne do estudo.
"Demonstramos que os microrganismos unicelulares ( Escherichia coli e levedura) que normalmente não habitam ambientes com H 2 podem sobreviver e crescer em uma atmosfera 100% de H 2 ", eles escrevem. A partir daí, os cientistas apontam a variedade de gases que os microorganismos podem produzir em uma atmosfera de hidrogênio.
"Também descrevemos a surpreendente diversidade de dezenas de diferentes gases produzidos por E. coli , incluindo muitos já propostos como potenciais gases de bioassinatura ...", escrevem Seager e seus colegas. Isso inclui uma lista completa de bioassinaturas: óxido nitroso, amônia, metanotiol, dimetilsulfeto, sulfeto de carbonila e isopreno.
Os cientistas apontam que estes são resultados de laboratório e dizem que experimentos de laboratório como os deles podem ajudar a identificar quais atmosferas alienígenas podem hospedar vida detectável.
Em um comunicado à imprensa , Seager disse: “Existe uma diversidade de mundos habitáveis por aí, e confirmamos que a vida na Terra pode sobreviver em atmosferas ricas em hidrogênio. Definitivamente, devemos adicionar esses tipos de planetas ao menu de opções quando pensamos na vida em outros mundos e realmente tentamos encontrá-la. ”
No passado profundo da Terra, a atmosfera era muito diferente do que hoje. Não havia oxigênio, e a atmosfera continha dióxido de carbono, metano e uma pequena quantidade de hidrogênio. Então veio o que é conhecido como o Grande Evento de Oxigenação (GOE), ou como alguns tipos dramáticos gostam de chamá-lo de "O Holocausto de Oxigênio".
Os cientistas do MIT dizem que o Grande Evento de Oxigenação (GOE), um período que os cientistas acreditam ter marcado o início da presença permanente de oxigênio na atmosfera, começou já em 2,33 bilhões de anos atrás.
Crédito: MIT
Durante o GOE, a história da Terra mudou de rumo. Há cerca de 2,4 bilhões de anos, as evidências mostram que o oxigênio molecular começou a se acumular na atmosfera. Esse oxigênio tinha uma fonte biológica: cianobactérias.
As cianobactérias, ou algas verde-azuladas, estavam entre as primeiras formas de vida da Terra. Quando eles mudaram a atmosfera para uma atmosfera oxidante, outras vidas foram extintas. De fato, quase toda a vida na Terra na época se extinguiu, enquanto, ao mesmo tempo, o caminho foi pavimentado para a vida multicelular.
Mas mesmo após o GOE, o hidrogênio permaneceu na atmosfera da Terra. E algumas linhas de vida antigas, incluindo metanogênios , a consomem. Os metanogênios vivem em ambientes extremos na Terra, lugares como fontes termais, no fundo do solo do deserto, no gelo e nas fontes hidrotermais. Lá, eles comem hidrogênio e dióxido de carbono e produzem metano.
A Grand Prismatic Spring no Parque Nacional de Yellowstone. Tapetes microbianos de extremófilos criam as cores laranja ao redor da borda.
Crédito da imagem: por Jim Peaco, National Park Service Domínio Público, Wikimédia
Crédito da imagem: por Jim Peaco, National Park Service Domínio Público, Wikimédia
Os metanógenos são bem estudados e os cientistas sabem que podem crescer em atmosferas de hidrogênio a 80%, pelo menos em laboratórios. Mas, de acordo com o comunicado de imprensa, não há muitos estudos explorando como outros micróbios podem tolerar ambientes ricos em hidrogênio.
"Queríamos demonstrar que a vida sobrevive e pode crescer em uma atmosfera de hidrogênio", diz Seager.
No artigo, a equipe descreve como os exoplanetas rochosos podem ter hidrogênio em suas atmosferas:
- As super-terras podem ter hidrogênio em suas atmosferas, através da saída de gases, ou da captura de seus discos protoplanetários à medida que se formam. “Exoplanetas super-Terra pode ter capturado um H 2 atmosfera -Ele do disco protoplanetária, em contraste com o que formado um planetas H 2 atmosfera de saída de gás”, os autores escrevem.
- Pequenas planetas menos do que cerca de 1,7 raios da Terra pode ter formado com H 2 atmosferas e manteve-los, desde que os planetas conter suficiente Fe de formação, desde o planeta também contém água e a água e o Fe reagir.
- Os planetas mais distantes de suas estrelas podem ser capazes de reter seu hidrogênio, que pode ser removido pela radiação estelar.
Os autores mostram que diferentes exoplanetas podem ter hidrogênio em suas atmosferas através de diferentes processos e situações. Impressão artística de um sistema de exoplanetas que orbitam uma estrela anã vermelha de massa baixa.
Crédito: NASA / JPL
“Dado o fato de que exoplanetas rochosos com atmosferas dominadas por H 2 provavelmente existem, que essas atmosferas planetárias são mais facilmente observadas que as atmosferas dominadas por N 2 - ou CO 2 , e que a próxima geração telescópica com a capacidade de estudar atmosferas rochosas do planeta Quando entrarmos online nos próximos anos, é importante avaliar a viabilidade de vida desses planetas ”, escrevem os autores.
A equipe se concentrou em dois organismos para ver se eles poderiam ser viáveis em uma atmosfera 100% de hidrogênio: o simples procarionte Escherichia coli e um eucarioto mais complexo, o fermento. Ambos são organismos bem conhecidos que os cientistas estudam há muito tempo. Isso facilita a criação de experimentos.
A equipe cultivou culturas separadas de levedura e E. coli . Em seguida, colocaram as culturas dentro de garrafas contendo uma sopa de materiais ricos em nutrientes que o organismo poderia alimentar. Em seguida, eles removeram o oxigênio das garrafas e o substituíram por diferentes gases de interesse, por exemplo, 100% de hidrogênio.
Uma ilustração do experimento.
Crédito de imagem: Seager et al, 2020.
A cada hora, eles extraíam uma amostra das garrafas e contavam os micróbios vivos. O processo de amostragem durou até 80 horas. No início, houve um boom populacional, pois os micróbios consumiram rapidamente os nutrientes. Então a população estabilizou. Ele então permaneceu estável quando novos micróbios substituíram os mortos.
“Considera-se um puro a 100% de H 2 atmosfera como um controlo; se a vida pode sobreviver em um 100% H 2 atmosfera, então ele também pode sobreviver em um H 2 atmosfera -dominated “, escrevem os autores. “Mostramos que uma 100% de H 2 atmosfera não tem efeitos prejudiciais sobre os microrganismos que não normalmente habitam H 2 condições ricas em.” Na natureza, provavelmente não há planetas com atmosferas 100% de hidrogênio.
Ninguém na equipe ficou surpreso com os resultados e também não esperava que mais ninguém fosse surpreendido. O hidrogênio não é tóxico para os organismos, embora não seja um gás inerte. Ainda assim, o experimento é importante para provar o argumento.
"Não é como se tivéssemos enchido o espaço com um veneno", diz Seager. “Mas ver é acreditar, certo? Se ninguém nunca os estudou, especialmente os eucariotos, em um ambiente dominado por hidrogênio, você gostaria de fazer o experimento para acreditar. ”
As curvas de crescimento de E. coli (esquerda) e levedura (direita).
Crédito da imagem: Seager et al, 2020
Obviamente, o próprio hidrogênio não é uma fonte de alimento para os micróbios. Essa não era a intenção do experimento. Os pesquisadores queriam mostrar que a vida poderia existir em um ambiente de hidrogênio, desde que tivessem uma fonte de alimento e que uma atmosfera de hidrogênio não exclua a possibilidade de vida.
"Eu não acho que ocorreu aos astrônomos que poderia haver vida em um ambiente de hidrogênio".
Sara Seager, Autor Principal, MIT.
A chave para este estudo não é que o hidrogênio suporte a vida. É que as atmosferas de hidrogênio são muito mais fáceis de ver com os telescópios, porque são mais expansivas. Portanto, ao procurar alvos para encontrar bioassinaturas, pode ser aconselhável pesquisar planetas com atmosferas de hidrogênio.
“É meio difícil de entender, mas esse gás leve apenas torna a atmosfera mais expansiva”, explica Seager. "E para os telescópios, quanto maior a atmosfera for comparada ao pano de fundo da estrela de um planeta, mais fácil será detectar".
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