2 Julho, 2022

Phenomania

O que é real?

Quais são as probabilidades de vida ao redor das estrelas mais comuns do universo?

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Crédito: NASA/CXC/M. Weiss

Nossa busca por exoplanetas explodiu na última década, um período em que os encontramos aos milhares. Enquanto as descobertas iniciais eram principalmente de planetas gigantes semelhantes a Júpiter, as mais recentes também desvendaram vários mundos semelhantes à Terra.

Semelhante à Terra significa apenas que o planeta é terrestre (ou seja, rochoso) por natureza e tem massa suficiente para manter uma atmosfera. Por essa definição, Vênus e Marte também são semelhantes à Terra. Mas quando falamos de mundos semelhantes à Terra, estamos mais interessados em saber se a vida (como a conhecemos) pode existir neles.

As estrelas que esses exoplanetas orbitam desempenham um papel importante na determinação da habitabilidade – e as estrelas anãs vermelhas entre elas parecem particularmente promissoras. As estrelas anãs vermelhas são o tipo mais comum de estrelas na galáxia, constituindo 75% da população estelar. Espera-se que eles vivam por mais de um trilhão de anos, milhares de vezes mais do que estrelas como o nosso Sol.

Como resultado de sua onipresença e longevidade, as estrelas anãs vermelhas são de grande interesse para os cientistas planetários, que desde então perguntam: Quais são as chances de haver planetas orbitando estrelas anãs vermelhas? Quantos deles são habitáveis? Em caso afirmativo, eles podem sustentar a vida por períodos cosmológicos mais longos, como a Terra? E quais são as chances de que exista vida inteligente em tais planetas?

Em 2014, pesquisadores usando o High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) e os instrumentos Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) no Chile estimaram que deveria haver pelo menos um planeta orbitando cada anã vermelha. Pouco depois, o exoplaneta Proxima b foi descoberto orbitando Proxima Centauri, a estrela mais próxima do nosso Sol. Proxima b é um planeta semelhante à Terra potencialmente habitável, e Proxima Centauri é uma anã vermelha, localizada a apenas 4,3 anos-luz de distância.

Em 2017, os astrônomos descobriram sete planetas semelhantes à Terra ao redor da estrela TRAPPIST-1, a cerca de 40 anos-luz de distância. Três desses planetas estão na zona habitável da estrela. No mesmo ano, o HARPS descobriu outro planeta potencialmente habitável, Ross 128b, em torno da estrela Ross 128, a 11 anos-luz de distância e não muito diferente de Proxima b (pelo que sabemos até agora).

A concepção deste artista mostra como pode ser o sistema planetário TRAPPIST-1, com base nos dados disponíveis sobre seus diâmetros, massas e distâncias da estrela hospedeira. Caption: Nature; credit: NASA/JPL-Caltech

Parecia que a estimativa do HARPS/UVES estava se tornando realidade. Mas havia um problema: as próprias estrelas.

As estrelas anãs vermelhas são menores, mais frias e emitem muito menos energia do que as estrelas semelhantes ao Sol. Portanto, se um planeta tivesse que estar na zona habitável de sua estrela anã vermelha e ter uma temperatura de superfície adequada para a vida, ele precisaria estar muito mais próximo do que a Terra do Sol. Como tal, todos os exoplanetas da zona habitável mencionados acima estão muito próximos de suas estrelas e essa proximidade tem implicações críticas.

Comparação da órbita de Proxima b em torno de Proxima Centauri, uma estrela anã vermelha com a de Mercúrio em torno do nosso Sol.

Primeiro, isso significa que esses planetas provavelmente estão travados por maré: um lado do planeta sempre está voltado para sua estrela e o outro lado está em constante escuridão. O lado voltado para a estrela pode ficar quente o suficiente para ferver a água – enquanto o “lado escuro” pode ficar frio o suficiente para congelá-lo. A única esperança de vida nesses planetas seria então a zona do crepúsculo – ao longo da linha que divide o dia e a noite, onde a temperatura pode ser moderada. No entanto, grandes diferenças de temperatura entre um lado do planeta e o outro podem dar origem a ventos fortes, com tempestades potencialmente massivas soprando das regiões mais quentes para as mais frias.

Planetas próximos a estrelas anãs vermelhas serão travados por maré da mesma forma que a Lua está com a Terra, tendo apenas um lado dela exposto ao planeta.Credit: Smurrayinchester/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

E esses podem ser apenas o menor dos problemas desses (hipotéticos) alienígenas. Entre 2003 e 2012, a missão GALEX da NASA observou várias estrelas anãs vermelhas na parte ultravioleta do espectro eletromagnético. Descobriu-se que essas estrelas produzem incessantemente erupções como o nosso Sol, algumas delas muito mais fortes. Eles são acompanhados pela emissão de grandes quantidades de radiação ultravioleta e de raios-X de alta energia. Tal queima poderia destruir a atmosfera de um planeta em menos de um bilhão de anos. Isto é o que os cientistas pensam que aconteceu com Marte também (onde a taxa de perda atmosférica foi um pouco relaxada).

Como o exoplaneta precisa estar mais próximo de sua estrela anã vermelha para estar em sua zona habitável, a perda de atmosfera é acelerada. Estimou-se que esses planetas poderiam perder seu hidrogênio e oxigênio (e, portanto, água) em cerca de 10 a 100 milhões de anos. Além disso, a radiação ultravioleta pode penetrar na atmosfera de um planeta e danificar qualquer forma de vida terrestre existente.

As estrelas anãs vermelhas também são conhecidas por produzir mega-explosões milhares de vezes mais poderosas do que suas contrapartes solares. Eles são comuns quando uma estrela anã vermelha acaba de nascer. As condições de superfície adversas como resultado da radiação dessas mega-explosões podem até mesmo impedir o surgimento da vida em primeiro lugar.

Ilustração de um artista mostrando uma estrela anã vermelha emitindo um clarão gigante.Credit: gsfc/Flickr, CC BY 2.0

Todos esses fatores considerados em conjunto sugerem que os planetas que orbitam estrelas anãs vermelhas provavelmente são paisagens infernais pobres em água. Mas, como se vê, as simulações planetárias sugeriram que os mundos oceânicos também são possíveis. Nesses mundos, a água representa mais de 1% da massa do planeta (em comparação com os ~ 0,01% da Terra). Então, novamente, ter muita água pode levar a um clima instável. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio sugeriram em 2015 que os planetas em torno de anãs vermelhas são menos propensos a ter um conteúdo de água semelhante ao da Terra e mais propensos a ser mundos oceânicos / áridos.

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Felizmente, houve alguns forros de prata. Por exemplo, o telescópio espacial Hubble conseguiu descobrir que os planetas externos e mais massivos do sistema TRAPPIST-1 podem ter retido sua água em vez de perder tudo.

Em 2013, pesquisadores da Universidade de Chicago e da Universidade Northwestern sugeriram que planetas travados em torno de estrelas anãs vermelhas poderiam ter uma cobertura substancial de nuvens em seus lados voltados para as estrelas. As nuvens refletem a luz das estrelas e podem manter os planetas mais frios, ao mesmo tempo em que prendem a radiação infravermelha dos planetas para manter as coisas quentes o suficiente para sustentar a vida. Portanto, se o planeta tiver uma atmosfera substancial, o calor pode ser distribuído de maneira mais uniforme entre os dois hemisférios.

Concepção artística de um exoplaneta com nuvens e água superficial, orbitando uma estrela anã vermelha.Credit: University of Chicago

Temos uma maneira de verificar isso. O Telescópio Espacial James Webb (JWST), com lançamento previsto para 2021, será capaz de caracterizar atmosferas exoplanetárias. Se um exoplaneta tiver nuvens, a temperatura do lado voltado para a estrela seria menor em comparação com a de um planeta sem nuvens e vice-versa. O recém-lançado Transiting Exoplanet Survey Satellite também deverá encontrar muitos planetas nas zonas habitáveis ​​de estrelas anãs vermelhas. O JWST poderá então estudá-los ainda mais.

A longa vida útil das estrelas anãs vermelhas também significa que a vida nos planetas ao seu redor terá mais tempo para se desenvolver. Por exemplo, o sistema TRAPPIST-1 é mais antigo que o Sistema Solar. A evolução a longo prazo dos planetas em torno de anãs vermelhas também desempenha um papel, inclusive na forma de mudanças nas condições geológicas e na dinâmica orbital.

Portanto, se os planetas (potencialmente) habitáveis ​​em torno de estrelas anãs vermelhas são realmente habitáveis ​​permanece uma questão em aberto, que levará muito tempo para ser resolvida cientificamente. E qualquer que seja a resposta, certamente haverá implicações profundas. Quando todas as estrelas semelhantes ao Sol morrerem daqui a algumas dezenas de bilhões de anos, as anãs vermelhas serão as únicas estrelas restantes na galáxia. E os exoplanetas que os orbitam podem ser as únicas opções para a vida se enraizar.

O palco também está montado para o tão esperado lançamento do JWST e para suas observações de acompanhamento de vários exoplanetas, ajudando a determinar sua habitabilidade e procurando biomarcadores em suas atmosferas. Só podemos esperar que seja colocado no espaço em breve.

Autor: Jatan Mehta , é um escritor de ciência com formação em física e experiência em pesquisa em astrofísica. Ele é apaixonado por espaço, tecnologia e comunicação científica.

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