Céus vazios, grandes respostas: o que os resultados nulos nos ensinam sobre a vida no universo

Mesmo que nenhuma vida seja encontrada em outros planetas, um projeto de pesquisa inteligente e estatísticas cuidadosas ainda podem revelar o quão rara, ou comum, a vida realmente é no universo. 

O que acontece se procurarmos no cosmos por sinais de vida e não encontrarmos nada? Pesquisadores exploraram o valor científico de um “resultado nulo” e como ele ainda pode revelar o quão rara a vida pode ser. Crédito: SciTechDaily.com

O que acontece se escanearmos dezenas de planetas distantes em busca de sinais de vida e não encontrarmos nada? Uma equipe liderada pelo Dr. Daniel Angerhausen, um físico do Exoplanets and Habitability Group da ETH Zurich e afiliado do SETI Institute , explorou essa questão. Eles perguntaram o que ainda poderíamos aprender sobre a vida no universo se futuras missões espaciais não detectassem nenhuma evidência dela.

O novo estudo, publicado hoje (7 de abril) no The Astronomical Journal e conduzido pelo Centro Nacional Suíço de Competência em Pesquisa, PlanetS, usa uma abordagem estatística bayesiana para estimar quantos planetas precisam ser observados para tirar conclusões significativas sobre a frequência de mundos habitados.

Quantos planetas são suficientes?

Os pesquisadores descobriram que se 40 a 80 exoplanetas semelhantes à Terra fossem pesquisados ​​e nenhum mostrasse sinais de vida, um resultado nulo chamado "perfeito", poderíamos concluir razoavelmente que menos de 10 a 20 por cento dos planetas semelhantes hospedam vida. Em nossa galáxia, esses 10 por cento ainda se traduziriam em cerca de 10 bilhões de planetas potencialmente habitados. Mesmo sem detectar vida, esse tipo de resultado permitiria aos cientistas estabelecer um limite superior significativo sobre o quão comum a vida pode ser em todo o cosmos, algo que permaneceu ilusório até agora.

Mas há um porém. Mesmo um resultado nulo “perfeito” vem com incerteza, o que pode afetar a confiabilidade das conclusões. Um tipo de incerteza, conhecida como incerteza de interpretação, envolve o risco de falsos negativos – casos em que sinais de vida estão presentes, mas não são detectados. Outro, chamado incerteza da amostra, envolve vieses nos tipos de planetas selecionados para observação. Por exemplo, se a amostra incluir planetas que não são realmente capazes de suportar vida, os resultados podem ser enganosos. Entender e contabilizar essas incertezas é essencial para fazer inferências científicas sólidas de futuras missões de caça a planetas.

Fazendo as perguntas certas

“Não se trata apenas de quantos planetas observamos – trata-se de fazer as perguntas certas e quão confiantes podemos estar em ver ou não ver o que estamos procurando”, diz Angerhausen. “Se não formos cuidadosos e estivermos muito confiantes em nossas habilidades de identificar vida, até mesmo uma grande pesquisa pode levar a resultados enganosos.” 

Tais considerações são altamente relevantes para missões futuras, como a missão internacional Large Interferometer for Exoplanets (LIFE), liderada pela ETH Zurich. O objetivo do LIFE é sondar dezenas de exoplanetas semelhantes em massa, raio e temperatura à Terra, estudando suas atmosferas em busca de sinais de água, oxigênio e bioassinaturas ainda mais complexas. De acordo com Angerhausen e colaboradores, a boa notícia é que o número planejado de observações será grande o suficiente para tirar conclusões significativas sobre a prevalência de vida na vizinhança galáctica da Terra.

Impressão artística do exoplaneta rochoso Kepler-186f, que é o primeiro planeta conhecido do tamanho da Terra orbitando uma estrela na “zona habitável” — o intervalo de distância de uma estrela onde água líquida pode se acumular na superfície de um planeta em órbita. Crédito: NASA/Ames/SETI Institute/JPL–Caltech.

Ainda assim, o estudo enfatiza que mesmo instrumentos avançados exigem contabilidade cuidadosa e quantificação de incertezas e vieses para garantir que os resultados sejam estatisticamente significativos. Para abordar a incerteza da amostra, por exemplo, os autores apontam que perguntas específicas e mensuráveis, como "Qual fração de planetas rochosos na zona habitável de um sistema solar mostra sinais claros de vapor de água, oxigênio e metano?" são preferíveis ao muito mais ambíguo "Quantos planetas têm vida?"

Perspectivas Bayesianas vs. Frequentistas

Angerhausen e colegas também estudaram como o conhecimento prévio assumido – chamado de prior em estatística bayesiana – sobre variáveis ​​de observação dadas afetará os resultados de pesquisas futuras. Para esse propósito, eles compararam os resultados da estrutura bayesiana com aqueles fornecidos por um método diferente, conhecido como abordagem frequentista, que não apresenta priors. Para o tipo de tamanho de amostra visado por missões como a LIFE, a influência de priors escolhidos nos resultados da análise bayesiana é considerada limitada e, nesse cenário, as duas estruturas produzem resultados comparáveis.

“Na ciência aplicada, as estatísticas bayesianas e frequentistas são às vezes interpretadas como duas escolas de pensamento concorrentes. Como estatística, gosto de tratá-las como formas alternativas e complementares de entender o mundo e interpretar probabilidades”, diz a coautora Emily Garvin, que atualmente é uma estudante de doutorado no grupo de Quanz. Garvin se concentrou na análise frequentista que ajudou a corroborar os resultados da equipe e a verificar sua abordagem e suposições. “Pequenas variações nos objetivos científicos de uma pesquisa podem exigir métodos estatísticos diferentes para fornecer uma resposta confiável e precisa”, observa Garvin. “Queríamos mostrar como abordagens distintas fornecem uma compreensão complementar do mesmo conjunto de dados e, dessa forma, apresentar um roteiro para a adoção de diferentes estruturas.”

O poder de apenas uma descoberta

Este trabalho mostra por que é tão importante formular as perguntas de pesquisa certas, escolher a metodologia apropriada e implementar projetos de amostragem cuidadosos para uma interpretação estatística confiável do resultado de um estudo. “Uma única detecção positiva mudaria tudo”, diz Angerhausen, “mas mesmo que não encontremos vida, seremos capazes de quantificar o quão raros – ou comuns – planetas com bioassinaturas detectáveis ​​realmente podem ser.”

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