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Astronomia11/03/2022

Como seria um exoplaneta do tamanho da Terra vizinho de nós? Cientistas explicam

Crédito: Pixabay/CC0 Public Domain

11/03/22 - 09h51min

Ainda não sabemos se as estrelas semelhantes ao Sol mais próximas de nós, o sistema binário Centauri A/B, abrigam um planeta semelhante à Terra. No entanto, graças a um novo trabalho de modelagem, agora temos uma boa noção de como esse planeta, caso existisse, seria e como poderia ter evoluído.

Estes são tempos emocionantes para a pesquisa de exoplanetas, passando da demografia para a caracterização detalhada. O Telescópio Espacial James Webb (JWST), lançado com sucesso em dezembro de 2021, foi projetado para detectar as atmosferas de exoplanetas rochosos transitando na frente de anãs M – estrelas mais fracas que o Sol – orbitando dentro da zona habitável. O Extremely Large Telescope (ELT), atualmente em construção no Chile, será configurado para obter imagens diretas de exoplanetas rochosos em torno de estrelas semelhantes ao Sol até o final da década. Olhando ainda mais para o futuro, conceitos ambiciosos de missões espaciais futuras estão sendo explorados, incluindo o Grande Interferômetro para Exoplanetas (Life), que visa a exoplanetas rochosos da zona habitável e suas atmosferas.

O Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurich, na Suíça) está liderando ou significativamente envolvendo-se nessas e em outras infraestruturas observacionais. A pesquisa complementar do Instituto de Física de Partículas e Astrofísica do Departamento de Física do instituto diz respeito à modelagem numérica, indispensável para entender os exoplanetas rochosos da zona habitável e orientar as futuras observações e desenvolvimento de instrumentação.

Agora, uma equipe internacional liderada por estudiosos do ETHZurich apresentou os resultados de tal estudo, no qual eles direcionaram sua atenção para as estrelas semelhantes ao Sol mais próximas da Terra, Centauri A e Centauri B. Publicados na revista The Astrophysical Journal, esses resultados fornecem uma referência previsão de como seria um planeta do tamanho da Terra, caso existisse neste sistema.

Planeta-modelo hipotético

A equipe internacional, que inclui os astrofísicos do ETH Zurich Haiyang Wang, Sascha Quanz e Fabian Seidler, bem como Paolo Sossi, no Departamento de Ciências da Terra do instituto, começou a estimar a composição elementar de um hipotético planeta rochoso na zona habitável do sistema Centauri A/B. Sua modelação baseia-se nas composições químicas medidas espectroscopicamente de Centauri A e Centauri B, para as quais está disponível uma vasta informação tanto para elementos formadores de rochas (como ferro, magnésio e silício) como para elementos voláteis (incluindo hidrogênio, carbono e oxigênio).

A partir desses dados, eles conseguiram projetar possíveis composições de um corpo planetário hipotético orbitando qualquer uma das estrelas. Dessa forma, os pesquisadores chegaram a previsões detalhadas sobre as propriedades de seu planeta modelo, que eles apelidaram de “α-Cen-Earth” (“α-Cen-Terra”), incluindo sua estrutura interna, mineralogia e composição atmosférica. Essas características, por sua vez, são de importância central para entender sua evolução em longo prazo e potencial habitabilidade.

Com este trabalho, Wang e seus colegas começaram a pintar uma imagem cativante de um exoplaneta orbitando α Centauri A/B. Se existir, é provável que o α-Cen-Earth seja geoquimicamente semelhante à nossa Terra, predizem, com um manto dominado por silicatos, mas enriquecido em espécies portadoras de carbono, como grafite e diamante. A capacidade de armazenamento de água em seu interior rochoso deve ser equivalente à do nosso planeta.

De acordo com o estudo, α-Cen-Earth também difere de maneiras interessantes da Terra, com um núcleo de ferro um pouco maior, menor atividade geológica e uma possível falta de placas tectônicas. A maior surpresa, no entanto, foi que a atmosfera inicial do planeta hipotético poderia ter sido dominada por dióxido de carbono, metano e água – semelhante à da Terra no éon Arqueano, de 4 a 2,5 bilhões de anos atrás,

Conexão química estrela-planeta

O estudo se destaca por incluir previsões sobre elementos voláteis em um exoplaneta rochoso. Embora esteja bem estabelecido que a composição química dos planetas “terrestres” (compostos predominantemente de rocha e metal) geralmente reflete a de suas estrelas hospedeiras, isso é verdade apenas para os chamados elementos refratários – isto é, os principais constituintes da rocha e do metal. A correspondência se divide em elementos voláteis – aqueles que vaporizam prontamente. Essa classe inclui hidrogênio, carbono e nitrogênio, que são fundamentais para entender se um planeta é potencialmente habitável.

Durante sua pesquisa de doutorado na Universidade Nacional Australiana em Canberra (supervisionada por Charley Lineweaver e Trevor Ireland, coautores do novo artigo), Wang desenvolveu o primeiro modelo quantitativo que conecta as composições químicas de estrelas semelhantes ao Sol e qualquer planetas que os cercam, tanto para elementos voláteis como refratários. Wang ingressou no grupo Quanz no ETH Zurich em 2019, onde desde então desenvolveu ainda mais as aplicações desse modelo.

Modelos mais sofisticados da relação química entre estrela e planeta também estão sendo desenvolvidos no grupo, por meio de colaborações no âmbito do National Center of Competence in Research PlanetS (NCCR PlanetS, da Universidade de Berna, na Suíça).

Janela de oportunidade

A probabilidade de realmente encontrar um irmão mais velho da nossa Terra – o sistema binário Centauri A/B é 1,5 a 2 bilhões de anos mais velho que o Sol – dificilmente poderia ser mais favorável. De 2022 a 2035, as estrelas Centauri A e Centauri B estarão suficientemente separadas para beneficiar a busca de planetas ao redor de cada uma delas graças à redução da contaminação da luz da outra. Juntamente com o novo poder de observação que pode ser esperado nos próximos anos, há esperança legítima de que um ou vários exoplanetas orbitando o sistema Centauri A/B se juntem aos quase 5 mil exoplanetas descobertos desde 1995.

O trabalho de Wang e seus colegas fornece um estudo de referência para o campo de pesquisa de exoplanetas, em termos de uma caracterização teórica detalhada de exoplanetas rochosos da (hipotética) zona habitável em torno de estrelas semelhantes ao Sol na vizinhança solar. Isso é importante para orientar futuras observações de tais planetas e, portanto, maximizar o retorno científico das infraestruturas astronômicas terrestres e espaciais sem precedentes que estão sendo desenvolvidas. Com toda essa capacidade instalada, podemos esperar um novo capítulo na descoberta de planetas e vida no cosmos.

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