Mundos Fluorescentes: em busca do brilho da vida

Título: Biofluorescent Worlds – II. Biological fluorescence induced by stellar UV flares, a new temporal biosignature

Autores: Jack T. O’Malley-James and Lisa Kaltenegger

Instituição do primeiro autor: Carl Sagan Institute at Cornell University, Ithaca, USA

Status: Publicado in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, acesso aberto no arXiv

Estamos sozinhos? É talvez uma das perguntas mais profundas que nós humanos fazemos. Um aspecto ainda mais surpreendente dessa pergunta é que podemos estar vivendo no primeiro período da história em que é possível obter a resposta. Pesquisas recentes mostraram que nossa galáxia parece estar repleta de novos mundos a serem descobertos e um número crescente de mundos já conhecidos orbita dentro da zona habitável de sua estrela hospedeira, a região onde a água pode existir em forma líquida na superfície de um planeta. O planeta potencialmente habitável mais próximo está  a pouco mais de quatro anos-luz de distância, orbitando a estrela Proxima Centauri. No entanto, embora a presença de água possa indicar que um planeta pode ser habitável, não é o mesmo que dizer que um planeta é habitado. Como temos poucas esperanças de visitar esses novos mundos em um futuro próximo, o melhor que podemos fazer é procurar por biosassinaturas atmosféricas – produtos químicos presentes na atmosfera de um planeta que sugerem a existência de vida passada ou presente, como por exemplo oxigênio, que existe em grandes proporções na atmosfera da Terra, porque é continuamente produzida pela vegetação. Agora, uma equipe de pesquisadores, liderada por Jack O’Malley-James no Instituto Carl Sagan de Cornell, descobriu uma maneira desconhecida de procurar vida no Universo – observando o brilho de organismos biofluorescentes desencadeados por explosões ultravioletas de estrelas anãs vermelhas (similares às explosões solares, porém podem ser mais frequentes e energéticas).

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Figura 1: Um mundo brilhando pela biofluorescência em resposta à forte radiação ultravioleta emitida por uma jovem estrela vermelha. Crédito da imagem: Wendy Kenigsberg / Matt Fondeur / Cornell University.

As anãs vermelhas, também conhecidas como anãs M, são o tipo mais comum de estrela na nossa Galáxia, representando 75% de todas as estrelas em nosso próprio bairro estelar. Elas são menores e mais frias que o Sol e tendem a ser muito mais ativas, especialmente enquanto são jovens. Suas zonas habitáveis ​​estão localizadas muito mais próximas da estrela hospedeira do que no Sol, tornando relativamente mais fácil detectar planetas que orbitam nessas regiões. É provável que muitos dos primeiros planetas potencialmente habitáveis ​​a serem estudados em detalhes com futuros instrumentos residam nas zonas habitáveis ​​de tais estrelas e, portanto, os primeiros alvos na busca pela vida provavelmente estarão orbitando estrelas M como a vizinha Proxima Centauri, Ross-128, LHS-1140 e TRAPPIST-1.

As estrelas do tipo M que têm explosões frequentes banham periodicamente todos os planetas da zona habitável em altos níveis de radiação ultravioleta (UV) prejudicial, potencialmente destruindo qualquer vida na superfície do planetaa. A radiação UV causa efeitos nocivos quando absorvida por moléculas biológicas, como mutações. Em particular, o UV de comprimento de onda curto é o que causa maiores danos às células vivas. A camada de ozônio da Terra nos protege da pior radiação UV do Sol, mas nem todos os planetas têm a mesma sorte que o nosso. Muitos organismos na Terra também evoluíram para se proteger dos efeitos nocivos do UV de várias maneiras – vivendo no subsolo, vivendo debaixo d’água ou se cobrindo de pigmentos de proteção solar. Outras espécies, como certos corais submarinos e algumas espécies de peixes encontradas no Mar Vermelho e nas Bahamas, desenvolveram um mecanismo de defesa chamado biofluorescência fotoprotetora, onde pigmentos e proteínas particulares absorvem e convertem a radiação UV em verde e azul visível inofensivo, criando um belo brilho que não apenas protege o organismo contra danos, mas também pode ser detectado remotamente.

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Figura 2: Exemplo de fluorescência na vida marinha da Terra. As proteínas fluorescentes absorvem a radiação UV prejudicial e a reemitem em comprimentos de onda mais longos e seguros, produzindo um brilho fluorescente (imagem). Crédito da imagem: GeraldRobertFischer / Adobe Stock.

Os pesquisadores sugerem que a vida alienígena em alguns exoplanetas pode ter desenvolvido uma estratégia semelhante para se proteger de explosões frequentes. O brilho temporário da biofluorescência, desencadeado por explosões UV da estrela hospedeira, poderia iluminar o planeta e expor biosferas ocultas em mundos recém-descobertos. Em ambientes com alta radiação UV, os organismos biofluorescentes podem até evoluir para se espalhar e sua fluorescência ser eficiente o suficiente para produzir um sinal detectável por telescópios ligados à Terra.

Para testar essa teoria, a equipe analisou as emissões produzidas por pigmentos e proteínas comuns de corais e criou modelos de espectros para uma série de planetas hipotéticos semelhantes à Terra que orbitam estrelas ativas do tipo M. Eles examinaram os efeitos de diferentes características da superfície, a fração de cobertura de nuvens e a extensão da cobertura da superfície pelos organismos fluorescentes, a fim de determinar a detectabilidade dessas emissões e testar sua viabilidade como bioassinaturas da vida. Eles descobriram que, para o caso mais favorável de uma biosfera biofluorescente 100% eficiente e céu sem nuvens, o fluxo visível de um planeta semelhante à Terra poderia aumentar em uma ordem de magnitude, um grau de brilho que poderia ser observado na Terra com futuros telescópios grandes incorporando óptica adaptativa.

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Figura 3: Espectro modelo resultante assumindo 100% de eficiência e uma estrela M ativa magneticamente. Os corais fluorescentes (à direita) são comparados apenas à vegetação (à esquerda) para superfícies completamente cobertas por bioassinaturas (linha superior), frações oceânicas adicionais de 30 e 70% (linha do meio) e, finalmente, uma cobertura de nuvens de 10 e 50%, assumindo superfície completa cobertura de bioassinatura (linha inferior). Figura 5 no artigo.

As atuais missões, como o TESS (The Transiting Exoplanet Survey Satellite), estão descobrindo um grande número de exoplanetas em zonas habitáveis ​​em torno de estrelas anãs M próximas. Se esses organismos evoluírem em outros planetas e se cobrem uma área relativamente considerável da superfície de um planeta, a próxima geração de grandes telescópios terrestres, como o ELT no Chile, poderá detectar o brilho da biofluorescência, uma vez que se tornem operacionais nos próximos 10 a 20 anos. A detecção desse brilho, especialmente em resposta a explosões magnéticas da estrela, juntamente com a detecção de outros gases de bioassinatura, como o oxigênio, forneceriam evidências convincentes da existência de vida em outras partes do Universo.

Do original em inglês – Fluorescent Worlds: Searching for Lifeś Glow – por Jamie Wilson.

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