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MODELO DESCREVE ESTRELA PRÓXIMA QUE SE ASSEMELHA À NOSSA NA SUA JUVENTUDE
6 de agosto de 2021

 


Ilustração do possível aspeto do Sol há 4 mil milhões de anos, por volta da época em que a vida se desenvolveu na Terra.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/CIL

 

Uma nova investigação liderada pela NASA fornece uma visão mais detalhada de uma estrela próxima que se parece com o nosso jovem Sol. O trabalho permite que os cientistas entendam melhor como o nosso Sol pode ter sido quando era jovem e como pode ter moldado a atmosfera do nosso planeta e o desenvolvimento da vida na Terra.

Muitas pessoas sonham em encontrar uma versão mais jovem de si próprias para trocar conselhos, identificar as origens das suas características e partilhar esperanças para o futuro. Com 4,65 mil milhões de anos, o nosso Sol é uma estrela de meia-idade. Os cientistas costumam ficar curiosos para saber exatamente quais as propriedades que permitiram com que o nosso Sol, nos seus anos mais jovens, sustentassem a vida na vizinha Terra.

Sem uma máquina do tempo para transportar cientistas milhares de milhões de anos para o passado, retraçar a atividade inicial da nossa estrela pode parecer uma façanha impossível. Felizmente, na nossa Via Láctea - o segmento cintilado e espiralado do Universo onde o nosso Sistema Solar está localizado - existem mais de 100 mil milhões de estrelas. Uma em cada dez compartilha características com o nosso Sol, e muitas estão nos estágios iniciais de desenvolvimento.

"Imagine que eu queria reproduzir a foto de um adulto quando este tinha um ou dois anos, e todas as fotos foram apagadas ou perdidas. Eu olharia para uma foto dele agora, e para fotos dos seus parentes mais próximos, com mais ou menos essa idade e, a partir daí, reconstruiria as suas fotos de bebé," disse Vladimir Airapetian, astrofísico sénior da Divisão de Heliofísica do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, autor principal do novo estudo. "Este é o tipo de processo que estamos a seguir aqui - olhar para as características de uma jovem estrela semelhante à nossa, para melhor entender como a nossa própria estrela era na sua juventude e o que lhe permitiu alimentar a vida num dos seus planetas próximos."

Kappa 1 Ceti é uma tal análoga solar. A estrela está localizada a cerca de 30 anos-luz de distância (em termos espaciais, é como um vizinho que mora na rua ao lado) e tem uma idade estimada em 600 a 750 milhões de anos, mais ou menos a mesma idade que o nosso Sol tinha quando a vida se desenvolveu na Terra. Também tem massa e temperatura superficial semelhantes ao nosso Sol, disse o segundo autor do estudo, Meng Jin, heliofísico do Instituto SETI e do LMSAL (Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory) na Califórnia. Todos estes fatores fazem de Kappa 1 Ceti uma "gémea" do nosso jovem Sol na época em que a vida surgiu na Terra e um importante alvo de estudo.

Airapetian, Jin e vários colegas adaptaram um modelo solar existente para prever algumas das características mais importantes, embora difíceis de medir, de Kappa 1 Ceti. O modelo baseia-se na entrada de dados de uma variedade de missões espaciais, incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) e o NICER da NASA e o XMM-Newton da ESA. A equipa publicou o seu estudo na revista The Astrophysical Journal.

Poder estelar

Tal como as crianças humanas, as crianças estelares são conhecidas pelas suas explosões de energia e atividade. Para as estrelas, uma das maneiras pela qual esta energia contida é libertada é na forma de um vento estelar.

Os ventos estelares, como as próprias estrelas, são compostos principalmente de um gás superaquecido conhecido como plasma, criado quando as partículas de um gás se dividem em iões carregados positivamente e eletrões carregados negativamente. O plasma mais energético, com a ajuda do campo magnético de uma estrela, pode disparar da parte mais externa e mais quente da atmosfera de uma estrela, a coroa, numa erupção, ou fluir de forma mais constante em direção aos planetas próximos como vento estelar. "O vento estelar flui continuamente de uma estrela em direção aos planetas próximos, influenciando o ambiente destes planetas," disse Jin.

Estrelas mais jovens tendem a gerar ventos estelares mais quentes e vigorosos e erupções de plasma mais poderosas do que as estrelas mais velhas. Estas explosões podem afetar a atmosfera e a química dos planetas próximos e, possivelmente, até catalisar o desenvolvimento de matéria orgânica - os blocos de construção da vida - nesses planetas.

O vento estelar pode ter um impacto significativo nos planetas em qualquer fase da vida. Mas os ventos estelares fortes e altamente densos das estrelas jovens podem comprimir os escudos magnéticos de proteção dos planetas circundantes, tornando-os ainda mais suscetíveis aos efeitos das partículas carregadas.

O nosso Sol é um exemplo perfeito. Em comparação com agora, na sua infância, o nosso Sol provavelmente girava três vezes mais depressa, tinha um campo magnético mais forte e emitia partículas altamente energéticas e radiação mais intensa. Hoje em dia, para os espetadores sortudos, o impacto destas partículas às vezes é visível perto dos polos do planeta como auroras, as boreais ou as austrais. Airapetian diz que há 4 mil milhões de anos, considerando o impacto do vento do nosso Sol naquela época, estas tremendas auroras eram provavelmente visíveis de muitos mais lugares em torno do planeta.

Este alto nível de atividade no nosso jovem Sol pode ter empurrado para trás a magnetosfera protetora da Terra, e fornecido ao planeta - não perto o suficiente para ficar tostado como Vénus, nem distante o suficiente para ser negligenciado como Marte - a química atmosférica ideal para a formação de moléculas biológicas.

Processos semelhantes podem estar em desenvolvimento noutros sistemas estelares por toda a nossa Galáxia e no Universo.

"O meu sonho é encontrar um exoplaneta rochoso no estágio em que o nosso planeta estava há mais de 4 mil milhões de anos, a ser moldado pela sua jovem estrela ativa e quase pronto para hospedar vida," disse Airapetian. "Entender como o nosso Sol era quando a vida estava a começar a desenvolver-se na Terra vai ajudar-nos a refinar a nossa busca por estrelas com exoplanetas que podem eventualmente hospedar vida."

Uma gémea solar

Embora os análogos solares possam ajudar a resolver um dos desafios de espreitar o passado do Sol, o tempo não é o único fator que complica o estudo do nosso jovem Sol. Também existe a distância.

Temos instrumentos capazes de medir com precisão o vento estelar do nosso próprio Sol, chamado vento solar. No entanto, ainda não é possível observar diretamente o vento estelar de outras estrelas na nossa Galáxia, como Kappa 1 Ceti, porque estão demasiado distantes.

Quando os cientistas desejam estudar um evento ou fenómeno que não podem observar diretamente, a modelagem científica pode ajudar a preencher as lacunas. Os modelos são representações ou previsões de um objeto de estudo, construídas com base em dados científicos existentes. Embora os cientistas já tenham modelado anteriormente o vento estelar desta estrela, disse Airapetian, usaram suposições mais simplificadas.

A base para o novo modelo de Kappa 1 Ceti por Airapetian, Jin e colegas é o AWSoM (Alfvén Wave Solar Model), que pertence à Rede de Modelos do Clima Espacial desenvolvido pela Universidade de Michigan. O modelo funciona inserindo informações conhecidas sobre uma estrela, incluindo o seu campo magnético e dados da linha de emissão ultravioleta, para prever a atividade do vento estelar. Quando o modelo foi testado no nosso Sol, foi validado e verificado contra dados observacionais para verificar se as suas previsões são precisas.

"É capaz de modelar os ventos e a coroa com alta fidelidade," disse Jin. "E é um modelo que também podemos usar noutras estrelas para prever o seu vento estelar e, assim, investigar a habitabilidade. É o que fizemos aqui."

Estudos anteriores basearam-se em dados recolhidos pelo TESS e pelo Hubble para identificar Kappa 1 Ceti como uma gémea solar jovem e para reunir as informações necessárias a inserir no modelo, como o campo magnético e dados da linha de emissão ultravioleta.

"Todos os modelos precisam de inputs para obter outputs," disse Airapetian. "Para obter resultados úteis e precisos, os dados de entrada precisam de ser dados sólidos, idealmente de várias fontes ao longo do tempo. Temos todos esses dados de Kappa 1 Ceti, e realmente sintetizámo-los neste modelo preditivo para ir além dos estudos anteriores, puramente observacionais, da estrela."

Airapetian compara o modelo da sua equipa a um relatório médico. Para obter uma imagem completa de como o paciente está, é provável que o médico converse com ele, reúna dados como frequência cardíaca e temperatura e, se necessário, realize vários testes mais especializados, como uma análise ao sangue ou ultrassom. Estes provavelmente formularão uma avaliação precisa do bem-estar do paciente com uma combinação destas métricas, não apenas uma.

Da mesma forma, usando muitas informações sobre Kappa 1 Ceti recolhidas por diferentes missões espaciais, os cientistas são mais capazes de prever a sua coroa e o vento estelar. Dado que o vento estelar pode afetar o escudo magnético de um planeta vizinho, este desempenha um papel na habitabilidade. A equipa também está a trabalhar noutro projeto, examinando mais de perto as partículas que podem ter surgido das primeiras erupções solares, bem como a química prebiótica na Terra.

O passado do nosso Sol, escrito nas estrelas

Os investigadores esperam usar o seu modelo para mapear os ambientes de outras estrelas semelhantes ao Sol em vários estágios de vida.

Especificamente, têm olhos postos na jovem estrela EK Dra - a 111 anos-luz de distância e com apenas 100 milhões de anos - que provavelmente gira três vezes mais depressa e lança mais proeminências e plasma do que Kappa 1 Ceti. A documentação de como estas estrelas semelhantes de várias idades diferem umas das outras ajudará a caracterizar a trajetória típica da vida de uma estrela.

O seu trabalho, disse Airapetian, tem tudo a ver com "olhar para o nosso próprio Sol, o seu passado e o seu possível futuro, através das lentes de outras estrelas."

 


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Impressão de artista de uma ejeção de massa coronal a atingir a fraca magnetosfera da jovem Terra.
Crédito: NASA/GSFC/CIL


// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais

Kappa 1 Ceti:
Simbad
SolStation.com
Wikipedia

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
Hubblesite
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite):
NASA
NASA/Goddard
Programa de Investigadores do TESS (HEASARC da NASA)
MAST (Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais)
Exoplanetas descobertos pelo TESS (NASA Exoplanet Archive)
Wikipedia

NICER:
NASA
Wikipedia

Observatório XMM-Newton:
ESA
Wikipedia

 
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