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NASA DESCOBRE QUE PLANETAS DE ANÃS VERMELHAS PODEM PERDER OXIGÉNIO NAS ZONAS HABITÁVEIS
10 de fevereiro de 2017

 


Impressão de artista da superfície de um exoplaneta em redor de uma jovem anã vermelha.
Crédito: NASA Goddard/Conceptual Image Lab, Michael Lentz, Genna Duberstein
(clique na imagem para ver versão maior)

 

A procura por vida além da Terra começa nas zonas habitáveis, as regiões em torno das estrelas onde as condições podem, potencialmente, permitir a existência de água líquida - essencial para a vida como a conhecemos - à superfície de um planeta. Uma nova investigação da NASA sugere que algumas dessas zonas podem não ser capazes de suportar vida devido a frequentes erupções estelares - que expelem grandes quantidades de material estelar e radiação para o espaço - de jovens estrelas anãs vermelhas.

Agora, uma equipa interdisciplinar de cientistas da NASA quer expandir o modo como as zonas habitáveis são definidas, levando em conta o impacto da atividade estelar, que pode ameaçar a atmosfera de um exoplaneta com a perda de oxigénio. Esta investigação foi publicada na revista The Astrophysical Journal Letters de dia 6 de fevereiro.

"Se queremos encontrar um exoplaneta que possa desenvolver e sustentar vida, devemos descobrir quais as estrelas que melhor desempenham o papel de mãe," afirma Vladimir Airapetian, autor principal do artigo e cientista solar no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. "Estamos cada vez mais perto de entender que tipo de estrelas progenitoras precisamos."

Para determinar a zona habitável de uma estrela, os cientistas têm tradicionalmente considerado a quantidade de calor e luz que a estrela emite. As estrelas mais massivas que o nosso Sol produzem mais calor e mais luz, de modo que a zona habitável deve estar mais distante. Estrelas mais pequenas e frias produzem zonas habitáveis mais próximas.

Mas, juntamente com o calor e a luz visível, as estrelas emitem raios-X, radiação ultravioleta e produzem erupções estelares como proeminências e ejeções de massa coronal - a que, coletivamente, chamamos clima espacial. Um efeito possível desta radiação é a erosão atmosférica, na qual partículas altamente energéticas arrastam as moléculas atmosféricas - como hidrogénio e oxigénio, os dois ingredientes da água - para o espaço. O novo modelo de zonas habitáveis de Airapetian e da sua equipa tem agora em conta este efeito.

A busca por planetas habitáveis foca-se frequentemente nas anãs vermelhas, pois estas são as estrelas mais frias, pequenas e numerosas do Universo - e, portanto, relativamente propícias à deteção de pequenos planetas.

"O lado negativo é que as anãs vermelhas também são propensas a erupções estelares mais frequentes e poderosas que as do Sol," comenta William Danchi, astrónomo de Goddard e coautor do artigo. "Para avaliar a habitabilidade dos planetas ao redor dessas estrelas, precisamos entender como esses vários efeitos se equilibram."

Outro importante fator de habitabilidade, dizem os cientistas, é a idade de uma estrela, com base em observações que recolheram da missão Kepler da NASA. Todos os dias, estrelas jovens produzem super-proeminências, erupções gigantescas pelo menos 10 vezes mais poderosas do que as observadas no Sol. Nas suas homólogas mais velhas e maduras, parecidas com o Sol de hoje, estas super-proeminências ocorrem uma vez a cada 100 anos.

"Quando olhamos para as jovens anãs vermelhas na nossa Galáxia, vemos que são muito menos luminosas do que o nosso Sol de hoje," salienta Airapetian. "Pela definição clássica, a zona habitável em redor das anãs vermelhas deve ser 10 a 20 vezes mais próxima do que a distância Terra-Sol. Sabemos agora que essas estrelas anãs vermelhas geram uma grande quantidade de raios-X e raios ultravioleta nas zonas habitáveis através de frequentes erupções e tempestades estelares."

As super-proeminências causam erosão atmosférica quando as emissões extremas de raios-X e raios UV quebram primeiro as moléculas em átomos e depois ionizam os gases atmosféricos. Durante a ionização, a radiação ataca os átomos e destrói os eletrões. Os eletrões são muito mais leves do que os iões recém-formados, pelo que escapam à atração da gravidade com muito mais facilidade e fogem para o espaço.

Os opostos atraem-se, de modo que quanto mais eletrões carregados negativamente são gerados, mais produzem uma poderosa separação de carga que atrai os iões carregados positivamente da atmosfera num processo chamado escape de iões.

"Sabemos que o escape de iões de oxigénio ocorre na Terra a uma escala mais pequena, uma vez que o Sol exibe apenas uma fração da atividade de estrelas mais jovens," observa Alex Glocer, astrofísico de Goddard e coautor do artigo científico. "Desenvolvemos um modelo para ver como este efeito escala quando temos uma entrada mais energética, como acontece em estrelas jovens."

O modelo estima a fuga de oxigénio em planetas que orbitam anãs vermelhas, assumindo que não a compensam com atividade vulcânica ou bombardeamento de cometas. Os vários modelos anteriores da erosão atmosférica indicaram que o hidrogénio é mais vulnerável à fuga de iões. Sendo o elemento mais leve, o hidrogénio escapa facilmente para o espaço, presumivelmente deixando para trás uma atmosfera rica em elementos mais pesados, como oxigénio e azoto.

Mas quando os cientistas tiveram em conta as super-proeminências, o seu novo modelo indica que as tempestades violentas das jovens anãs vermelhas geram radiação altamente energética, radiação esta suficiente para permitir a fuga até do oxigénio e do azoto - blocos de construção para as moléculas essenciais da vida.

"Quanto mais raios-X e radiação ultravioleta existirem, mais eletrões serão gerados e mais forte será o efeito de escape de iões," afirma Glocer. "Este efeito é muito sensível à quantidade de energia que a estrela emite, o que significa que deve desempenhar um papel importante na determinação do que é ou não é um planeta habitável."

Considerando apenas o escape de oxigénio, o modelo estima que uma jovem anã vermelha pode tornar um exoplaneta próximo inabitável em apenas algumas dezenas a cem milhões de anos. A perda de hidrogénio e oxigénio reduziria e eliminaria o abastecimento de água do planeta antes que a vida tivesse hipótese de se desenvolver.

"Os resultados deste trabalho podem ter implicações profundas para a química atmosférica desses mundos," afirma Shawn Domagal-Goldman, cientista espacial de Goddard que não esteve envolvido no estudo. "As conclusões da equipa vão afetar os nossos estudos em curso de missões que procurariam sinais de vida na composição química dessas atmosferas."

A modelagem da taxa de perda de oxigénio é o primeiro passo nos esforços da equipa para expandir a definição clássica de habitabilidade para o que chamam de zonas habitáveis afetadas pelo clima espacial. Quando os exoplanetas orbitam uma estrela madura com um clima espacial ameno, a definição clássica é suficiente. Quando a estrela-mãe exibe níveis extremos de raios-X e radiação ultravioleta, maiores do que sete a dez vezes as emissões médias do nosso Sol, então aplica-se a nova definição. O trabalho futuro da equipa incluirá a modelagem da fuga do azoto, que pode ser comparável à fuga de oxigénio já que o azoto é apenas ligeiramente mais leve que o oxigénio.

O novo modelo de habitabilidade tem implicações para o planeta recentemente descoberto em órbita da anã vermelha Proxima Centauri, a nossa vizinha estelar mais próxima. Airapetian e a sua equipa aplicaram o seu modelo ao planeta de tamanho idêntico à Terra, chamado Proxima b, que orbita Proxima Centauri 20 vezes mais perto do que a Terra orbita o Sol.

Considerando a idade da estrela e a proximidade do planeta, os cientistas esperam que Proxima b seja submetido a uma grande quantidade de raios-X e radiação ultravioleta extrema das super-proeminências que ocorrem aproximadamente a cada duas horas. Eles estimam que o oxigénio escaparia da atmosfera de Proxima b em 10 milhões de anos. Além disso, a intensa atividade magnética e o vento estelar - o fluxo contínuo de partículas carregadas de uma estrela - exacerba as condições climáticas do espaço, por si só já difíceis. Os cientistas concluem que é bastante improvável que Proxima b seja habitável.

"Temos resultados pessimistas para planetas em torno de jovens anãs vermelhas neste estudo, mas também temos uma melhor compreensão de quais as estrelas que têm boas perspetivas para a habitabilidade," realça Airapetian. "À medida que aprendemos mais sobre o que precisamos de uma estrela hospedeira, parece, cada vez mais, que o nosso Sol é apenas uma daquelas estrelas-mãe perfeitas, tendo suportado vida na Terra."

 


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Esta impressão artística mostra uma vista da superfície do planeta Proxima b, o qual orbita a estrela anã vermelha Proxima Centauri, a estrela mais próxima do Sistema Solar. A estrela dupla Alfa Centauri AB também pode ser vista na imagem por cima e à direita de Proxima Centauri. Proxima b é um pouco mais massivo que a Terra e orbita na zona habitável de Proxima Centauri, zona onde a temperatura permite a existência de água líquida à superfície do planeta.
Crédito: ESO/M. Kornmesser
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Links:

Notícias relacionadas:
NASA (comunicado de imprensa)
The Astrophysical Journal Letters
ScienceDaily
Science alert
PHYSORG
UPI
Gizmodo

Zona habitável:
Wikipedia
Simulador de zonas habitáveis (Universidade do Nebraska-Lincoln)

Anãs vermelhas:
Wikipedia

Proxima b:
Wikipedia 
Exoplanet.eu

Planetas extrasolares:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
PlanetQuest
Enciclopédia dos Planetas Extrasolares

Telescópio Espacial Kepler:
NASA (página oficial)
K2 (NASA)
Arquivo de dados do Kepler
Descobertas planetárias do Kepler
Wikipedia

 
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