Estudo e Colaboração

O estudo foi realizado sob a liderança da ETH Zurich, em colaboração com pesquisadores do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg e da Universidade da Califórnia em Los Angeles. K2-18b é maior que a Terra, mas menor que Netuno, colocando-o em uma classe de planetas que não existem em nosso sistema solar. No entanto, as observações mostram que eles são comuns no espaço exterior. Alguns desses sub-Netunos provavelmente se formaram longe de sua estrela central, além da chamada linha de gelo, onde a água congela em gelo e, mais tarde, migra para dentro.

Até agora, acreditava-se que alguns desses planetas eram capazes de acumular quantidades particularmente grandes de água durante sua formação e agora abrigam oceanos globais profundos sob uma atmosfera rica em hidrogênio. Os especialistas se referem a esses planetas como mundos Hycean: uma combinação de “hidrogênio” e “oceano.”

Considerando a Química

“Nossos cálculos mostram que esse cenário não é possível,” diz Dorn. Isso se deve a uma vulnerabilidade fundamental de estudos anteriores, que ignoraram qualquer acoplamento químico entre a atmosfera e o interior do planeta. “Agora consideramos as interações entre o interior do planeta e sua atmosfera,” explica Aaron Werlen, pesquisador da equipe de Dorn e autor principal do estudo, publicado na The Astrophysical Journal Letters.

Os pesquisadores assumem que, em um estágio inicial de sua formação, os sub-Netunos passaram por uma fase em que estavam cobertos por um oceano de magma profundo e quente. Uma camada de gás hidrogênio assegurou que essa fase fosse mantida por milhões de anos.

“Em nosso estudo, investigamos como as interações químicas entre oceanos de magma e atmosferas afetam o conteúdo de água de jovens exoplanetas sub-Netuno,” diz Werlen.

Água desaparecendo para o interior

Os pesquisadores calcularam o estado de equilíbrio químico de 26 componentes diferentes para um total de 248 planetas modelo. As simulações computacionais mostraram que os processos químicos destroem a maior parte das moléculas de H₂O. Hidrogênio (H) e oxigênio (O) se ligam a compostos metálicos, e esses praticamente desaparecem no núcleo do planeta.

Embora a precisão de tais cálculos tenha algumas limitações, os pesquisadores estão convencidos pelos resultados. “Focamos nas principais tendências e podemos ver claramente nas simulações que os planetas têm muito menos água do que originalmente acumularam,” explica Werlen. “A água que realmente permanece na superfície como H₂O é limitada a poucos por cento, no máximo.”

Em uma publicação anterior, o grupo de Dorn já foi capaz de mostrar como a maior parte da água de um planeta está oculta em seu interior. “No estudo atual, analisamos quanto de água há no total nesses sub-Netunos,” explica a pesquisadora, “De acordo com os cálculos, não existem mundos distantes com camadas massivas de água onde a água compõe cerca de 50 por cento da massa do planeta, como se pensava anteriormente. Portanto, mundos Hycean com 10-90 por cento de água são muito improváveis.”

Isso torna a busca por vida extraterrestre mais difícil do que se esperava. Condições propícias à vida, com água líquida suficiente na superfície, provavelmente existirão apenas em planetas menores, que provavelmente só poderão ser observados com observatórios ainda melhores do que o Telescópio Espacial James Webb.

A Terra não é um Caso Especial

Dorn considera particularmente interessante o papel de nossa Terra à luz dos novos cálculos que mostram que a maioria dos planetas distantes tem conteúdo de água semelhante ao nosso planeta. “A Terra pode não ser tão extraordinária quanto pensamos. Em nosso estudo, pelo menos, parece ser um planeta típico,” diz ela.

Os pesquisadores também ficaram surpresos com uma diferença aparentemente paradoxal: os planetas com as atmosferas mais ricas em água não são aqueles que acumularam a maior parte do gelo além da linha de neve, mas sim os planetas que se formaram dentro da linha de neve. Nesses planetas, a água não veio de cristais de gelo, mas foi produzida quimicamente quando o hidrogênio na atmosfera planetária reagiu com o oxigênio dos silicatos no oceano de magma para formar moléculas de H₂O.

“Essas descobertas desafiam a relação clássica entre formação rica em gelo e atmosferas ricas em água. Em vez disso, destacam o papel dominante do equilíbrio entre o oceano de magma e a atmosfera na formação da composição planetária,” conclui Werlen. Isso terá implicações de longo alcance para as teorias de formação planetária e a interpretação das atmosferas exoplanetárias na era do Telescópio James Webb.