Ao procurar exoplanetas potencialmente habitáveis, uma das coisas mais importantes que os astrônomos procuram é se os candidatos a exoplanetas orbitam ou não dentro da zona habitável de sua estrela. Isso é necessário para que a água líquida exista na superfície de um planeta, que por sua vez é um pré-requisito para a vida como a conhecemos. No entanto, durante a descoberta de novos exoplanetas, os cientistas tomaram conhecimento de um caso extremo conhecido como "mundo da água".
Os mundos aquáticos são essencialmente planetas com até 50% de água em massa, resultando em oceanos de superfície com centenas de quilômetros de profundidade. De acordo com um novo estudo realizado por uma equipe de astrofísicos de Princeton, Universidade de Michigan e Harvard, os mundos da água podem não ser capazes de se agarrar à água por muito tempo. Essas descobertas podem ter um significado imenso quando se trata de caçar planetas habitáveis em nosso pescoço do cosmos.
Este estudo mais recente, intitulado "A desidratação dos mundos da água por perdas atmosféricas", apareceu recentemente no The Astrophysical Journal Letters. Liderada por Chuanfei Dong, do Departamento de Ciências Astrofísicas da Universidade de Princeton, a equipe realizou simulações em computador que levavam em conta a que tipo de condições os mundos aquáticos estariam sujeitos.
Este estudo foi motivado em grande parte pelo número de descobertas de exoplanetas que foram realizadas em torno de sistemas estelares de baixa massa e tipo M (anã vermelha) nos últimos anos. Verificou-se que esses planetas são comparáveis em tamanho à Terra - o que indicava que provavelmente eram terrestres (ou seja, rochosos). Além disso, muitos desses planetas - como Proxima be três planetas no sistema TRAPPIST-1 - foram encontrados orbitando nas zonas habitáveis das estrelas.
No entanto, estudos subsequentes indicaram que Proxima be outros planetas rochosos que orbitam estrelas anãs vermelhas poderiam ser de fato mundos aquáticos. Isso foi baseado em estimativas de massa obtidas por pesquisas astronômicas e nas suposições internas de que tais planetas eram de natureza rochosa e não tinham atmosferas maciças. Ao mesmo tempo, foram produzidos numerosos estudos que puseram em dúvida se esses planetas poderiam ou não se agarrar à água.
Basicamente, tudo se resume ao tipo de estrela e aos parâmetros orbitais dos planetas. Embora de longa duração, as estrelas anãs vermelhas sejam conhecidas por serem variáveis e instáveis em comparação com o nosso Sol, o que resulta em explosões periódicas que tirariam a atmosfera de um planeta ao longo do tempo. Além disso, os planetas que orbitam dentro da zona habitável de uma anã vermelha provavelmente seriam travados por maré, o que significa que um lado do planeta seria constantemente exposto à radiação da estrela.
Por esse motivo, os cientistas estão focados em determinar até que ponto os exoplanetas em diferentes tipos de sistemas estelares podem se manter em suas atmosferas. Como o Dr. Dong disse à Space Magazine por e-mail:
“É justo dizer que a presença de uma atmosfera é percebida como um dos requisitos para a habitabilidade de um planeta. Dito isto, o conceito de habitabilidade é complexo, com inúmeros fatores envolvidos. Assim, uma atmosfera por si só não será suficiente para garantir a habitabilidade, mas pode ser considerada como um ingrediente importante para que um planeta seja habitável. ”
Para testar se um mundo da água seria capaz de manter sua atmosfera, a equipe realizou simulações em computador que levaram em consideração uma variedade de cenários possíveis. Isso incluiu os efeitos de campos magnéticos estelares, ejeção de massa coronal e ionização e ejeção atmosférica para vários tipos de estrelas - incluindo estrelas do tipo G (como o nosso Sol) e estrelas do tipo M (como Proxima Centauri e TRAPPIST-1).
Com esses efeitos explicados, o Dr. Dong e seus colegas criaram um modelo abrangente que simulava quanto tempo as atmosferas de exoplanetas durariam. Como ele explicou:
“Desenvolvemos um novo modelo magneto-hidrodinâmico de múltiplos fluidos. O modelo simulou a ionosfera e a magnetosfera como um todo. Devido à existência do campo magnético dipolo, o vento estelar não pode varrer a atmosfera diretamente (como Marte devido à ausência de um campo magnético dipolo global); em vez disso, a perda de íons atmosféricos foi causada pelo vento polar.
“Os elétrons são menos massivos que seus íons pais e, como resultado, são mais facilmente acelerados até e além da velocidade de escape do planeta. Essa separação de carga entre os elétrons de baixa massa e os íons com carga positiva significativamente mais pesados configura um campo elétrico de polarização. Esse campo elétrico, por sua vez, atua para puxar os íons carregados positivamente por trás dos elétrons em fuga, para fora da atmosfera nas calotas polares. ”
O que eles descobriram foi que suas simulações de computador eram consistentes com o atual sistema Terra-Sol. No entanto, em algumas possibilidades extremas - como exoplanetas em torno de estrelas do tipo M - a situação é muito diferente e as taxas de escape podem ser mil vezes maiores ou mais. O resultado significa que mesmo um mundo aquático, se orbitar uma estrela anã vermelha, poderá perder sua atmosfera após cerca de um gigayear (Gyr), um bilhão de anos.
Considerando que a vida como a conhecemos levou cerca de 4,5 bilhões de anos para evoluir, um bilhão de anos é uma janela relativamente breve. De fato, como explicou o Dr. Dong, esses resultados indicam que os planetas que orbitam estrelas do tipo M seriam duramente pressionados para desenvolver a vida:
“Nossos resultados indicam que os planetas oceânicos (orbitando uma estrela parecida com o Sol) manterão suas atmosferas por muito mais tempo do que a escala de tempo Gyr, pois as taxas de escape de íons são muito baixas, portanto, permite que uma vida mais longa se origine nesses planetas. e evoluir em termos de complexidade. Por outro lado, para exoplanetas que orbitam anões M, eles podem ter seus oceanos esgotados na escala de tempo Gyr devido aos ambientes mais intensos de partículas e radiação que os exoplanetas experimentam em zonas habitáveis próximas. Se a atmosfera fosse exaurida na escala de tempo menor que Gyr, isso poderia ser problemático para a origem da vida (abiogênese) no planeta. ”
Mais uma vez, esses resultados lançam dúvidas sobre a potencial habitabilidade dos sistemas de estrelas anãs vermelhas. No passado, os pesquisadores indicaram que a longevidade das estrelas anãs vermelhas, que podem permanecer em sua sequência principal por até 10 trilhões de anos ou mais, os tornam o melhor candidato para encontrar exoplanetas habitáveis. No entanto, a estabilidade dessas estrelas e a maneira como elas provavelmente tiram os planetas de suas atmosferas parecem indicar o contrário.
Estudos como este são, portanto, altamente significativos, pois ajudam a resolver por quanto tempo um planeta potencialmente habitável ao redor de uma estrela anã vermelha pode permanecer potencialmente habitável. Dong indicado:
“Dada a importância da perda atmosférica na habitabilidade planetária, houve um grande interesse no uso de telescópios, como o próximo Telescópio Espacial James Webb (JWST) para determinar se esses planetas têm atmosfera e, em caso afirmativo, como são sua composição. . Espera-se que o JWST seja capaz de caracterizar essas atmosferas (se houver), mas quantificar as taxas de escape com precisão requer um grau de precisão muito mais alto e pode não ser viável no futuro próximo ”.
O estudo também é significativo no que diz respeito ao nosso entendimento do Sistema Solar e de sua evolução. Ao mesmo tempo, os cientistas se aventuraram que a Terra e Vênus podem ter sido mundos aquáticos. Como eles fizeram a transição de muito aguada para o que são hoje - no caso de Vênus, seca e infernal; e, no caso da Terra, ter múltiplos continentes - é uma questão muito importante.
No futuro, são previstas pesquisas mais detalhadas que possam ajudar a lançar luz sobre essas teorias concorrentes. Quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) for implantado na primavera de 2018, ele usará seus poderosos recursos de infravermelho para estudar planetas em torno de anãs vermelhas próximas, sendo Proxima b um deles. O que aprendemos sobre este e outros exoplanetas distantes ajudará bastante a informar nosso entendimento de como nosso próprio Sistema Solar também evoluiu.
