Astrônomos encontram um raro planeta rochoso com a massa da Terra adequado para sondar sinais de vida
Uma equipe de astrônomos liderada pela cientista do MPIA Diana Kossakowski descobriu um exoplaneta de massa terrestre orbitando na zona habitável da estrela anã vermelha Wolf 1069. a estrela-mãe, a equipe está otimista de que pode fornecer condições habitáveis duráveis em uma ampla área de seu lado diurno. A ausência de qualquer atividade estelar aparente ou intensa radiação UV aumenta as chances de Wolf 1069 b ter retido grande parte de sua atmosfera. Portanto, o planeta é um dos poucos alvos promissores para procurar marcadores de habitabilidade e bioassinaturas. Os resultados aparecem na revista Astronomy & Astrophysics.
Um dos objetivos mais empolgantes da pesquisa de exoplanetas é encontrar um mundo habitável semelhante à Terra. No entanto, dos mais de 5.000 exoplanetas que os astrônomos descobriram até agora, apenas cerca de 1,5% têm massas abaixo de duas massas terrestres. Apenas cerca de uma dúzia deles povoam a chamada zona habitável circunstelar, o intervalo em um sistema planetário onde a água pode manter uma forma líquida na superfície do planeta. Observações capazes de encontrar tais planetas de baixa massa ainda são muito desafiadoras.
Procurando por exoplanetas em torno de estrelas anãs vermelhas
Uma maneira de melhorar as chances é sondar estrelas de baixa massa em busca de assinaturas de planetas em órbita. Foi exatamente isso que Diana Kossakowski e seus colegas fizeram no âmbito do programa CARMENES. Este projeto, com grandes contribuições do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) em Heidelberg, Alemanha, usa o Observatório Calar Alto na Espanha.
“Quando analisamos os dados da estrela Wolf 1069, descobrimos um sinal claro e de baixa amplitude do que parece ser um planeta com massa aproximada da Terra. Ele orbita a estrela em 15,6 dias a uma distância equivalente a um décimo quinto da separação entre a Terra e o Sol”, diz Diana Kossakowski do MPIA. Ela é a principal autora do artigo subjacente.
Apesar do alcance próximo, Wolf 1069 b recebe apenas cerca de 65% da potência radiante incidente do que a Terra obtém do Sol. Em comparação com as propriedades solares, Wolf 1069 emite muito menos radiação e sua superfície é mais fria, fazendo com que a estrela pareça laranja. Essas propriedades resultam em potência de aquecimento reduzida. “Como resultado, a chamada zona habitável é deslocada para dentro”, menciona Kossakowski. Portanto, planetas em torno de estrelas anãs vermelhas, como Wolf 1069, podem ser habitáveis, mesmo que estejam muito mais próximos do que a Terra está do Sol. O co-autor Jonas Kemmer, da Universidade de Heidelberg, acrescenta: “O instrumento CARMENES foi construído com o propósito de facilitar a descoberta de tantos mundos potencialmente habitáveis quanto possível”.
O que significa habitável?
Claro, ele precisa de mais do que água líquida para formar um planeta habitável. Como na Terra, uma atmosfera que causa um efeito estufa natural pode ajudar a elevar a temperatura média acima dos 250 Kelvin (-23 °C) calculados para Wolf 1069 b. Este valor assume um simples planeta rochoso nu. De fato, os astrônomos calcularam que, se tivesse uma atmosfera semelhante à da Terra, a temperatura média poderia subir até 286 Kelvin (+ 13 °C), mantendo a água líquida em uma grande região do lado do planeta voltado para a estrela. Com base em simulações de computador usando modelos climáticos complexos, a equipe conclui que o planeta pode manter temperaturas moderadas e água líquida superficial para uma ampla gama de condições atmosféricas e tipos de superfície.
© Kossakowski e outros. (2023) / MPIA See More
Além disso, tal atmosfera protegeria contra radiação eletromagnética de alta energia e partículas que se originam do espaço interestelar ou da estrela central. As estrelas anãs vermelhas, em particular, são notórias por sua atividade que leva a ventos estelares maciços e intensa radiação ultravioleta. Semelhante ao que o Sol fez com Marte, eles podem retirar a atmosfera de um planeta, o que torna suas superfícies estéreis.
Ao contrário, por ex. Proxima Centauri com seus dois planetas confirmados, Wolf 1069 parece benigno. As observações não indicam nenhum tipo de atividade estelar prejudicial. Ainda assim, provavelmente é muito cedo para ser excessivamente otimista. Durante sua juventude, uma estrela anã vermelha tende a passar por uma fase de alta atividade com consequências terríveis para qualquer planeta em sua vizinhança. No entanto, se Wolf 1069 b desenvolveu e manteve uma atmosfera no início, deveria tê-la mantido até hoje. É até possível que o planeta tenha um campo magnético semelhante, porém mais fraco, ao da Terra, que o protege das partículas carregadas do vento estelar.
Um planeta solitário
Embora essa ideia seja um pouco especulativa, a linha de raciocínio é sólida. “Nossas simulações de computador mostram que cerca de 5% de todos os sistemas planetários em evolução em torno de estrelas de baixa massa, como Wolf 1069, acabam com um único planeta detectável”, explica o cientista do MPIA Remo Burn, membro da equipe do estudo. “As simulações também revelam uma etapa de encontros violentos com embriões planetários durante a construção do sistema planetário, levando a eventuais impactos catastróficos”, acrescenta. Esses eventos derreteriam qualquer mundo jovem e em evolução. O núcleo planetário ainda deve estar quente e líquido hoje, fornecendo um dínamo que produz um campo magnético global – semelhante ao da Terra.
Wolf 1069 b parece ser um daqueles raros planetas solitários. Com base em suas medições, os astrônomos excluem planetas adicionais com pelo menos uma massa da Terra e períodos orbitais de menos de dez dias. Isso é inferior aos 15,6 dias que determinaram para Wolf 1069 b. No entanto, eles não podem descartar planetas em órbitas mais amplas.
Eterno dia e noite
Embora Wolf 1069 b seja um candidato promissor para restringir ainda mais suas condições de habitabilidade, há uma propriedade peculiar que compartilha com praticamente todos os planetas nas zonas habitáveis de estrelas anãs vermelhas. Sua rotação provavelmente está travada em sua órbita em torno da estrela hospedeira. Em outras palavras, uma rotação em torno de seu eixo leva o mesmo tempo que uma revolução completa. Como o mesmo lado está sempre voltado para a estrela, ela experimenta o dia eterno enquanto sempre há noite no hemisfério oposto.
O mesmo fenômeno nos permite ver sempre o mesmo lado da Lua. As forças das marés deformam levemente o planeta de sua forma simétrica em direção a um elipsóide. Isso faz com que a gravidade da estrela aja de maneira diferente na superfície do planeta, resultando em um efeito de frenagem. Com o tempo, o período de rotação gradualmente se aproxima do período orbital. A eficácia do bloqueio de maré depende da distância da estrela e sua massa. Para estrelas anãs vermelhas, esse alcance coincide amplamente com a localização da zona habitável. Como resultado, condições potencialmente habitáveis ocorrem apenas em uma área confinada no lado diurno do planeta.
Encontrar planetas com a massa da Terra é um trabalho árduo
O progresso tecnológico desde a primeira detecção de um exoplaneta há quase 30 anos é impressionante. Ainda assim, as assinaturas que os astrônomos procuram para detectar planetas com massas e diâmetros semelhantes à Terra são minúsculas e ainda difíceis de extrair das medições. O programa CARMENES usa o método de velocidade radial (RV) para procurar exoplanetas em torno de estrelas de baixa massa. Esta técnica mede pequenas variações periódicas no espectro estelar, o que sugere uma companheira puxando gravitacionalmente a estrela hospedeira. Assim, a estrela segue uma trajetória que espelha a órbita do planeta, embora a uma distância muito menor de seu centro de massa comum. Este efeito torna-se mais pronunciado para proporções de massa mais baixas entre a estrela e o planeta, como é o caso ao observar estrelas anãs vermelhas de baixa massa.
Durante uma revolução, a estrela se aproxima de nós por um lado e se afasta do outro. Os astrônomos inferem a pequena mudança resultante na velocidade medindo o deslocamento periódico das linhas espectrais estelares. A partir disso, eles calculam a massa do planeta – ou pelo menos um limite inferior, porque a inclinação desconhecida do plano orbital modifica a velocidade medida, que geralmente é um pouco menor que a velocidade orbital real do planeta.
Como foi o caso de Wolf 1069 b, esses sinais são tão pequenos que requerem procedimentos analíticos complexos e sofisticados para distingui-los dos artefatos nos espectros. Eles decorrem de muitas influências. Por exemplo, antes de a luz estelar entrar no telescópio, ela passa pela atmosfera da Terra, que sobrepõe seu próprio espectro terrestre forte ao produzido pela estrela. Desvendar essas contribuições é desafiador e pode influenciar os resultados se não for feito corretamente.
Apenas um punhado de candidatos para caracterização futura de exoplanetas
Com uma distância de 31 anos-luz, Wolf 1069 b é o sexto planeta com massa terrestre mais próximo na zona habitável de sua estrela hospedeira. Por causa de suas perspectivas favoráveis em relação à habitabilidade, ele está entre um pequeno grupo ilustre de alvos, como Proxima Centauri b e TRAPPIST-1 e, para procurar bioassinaturas. Infelizmente, tais observações estão atualmente além das capacidades da pesquisa astronômica.
“Provavelmente teremos que esperar mais dez anos para isso”, aponta Kossakowski. “Embora seja crucial desenvolvermos nossas instalações, considerando que a maioria dos mundos potencialmente habitáveis mais próximos são detectados apenas pelo método RV”. O Extremely Large Telescope (ELT), que está em construção no Chile, pode ser capaz de caracterizar as condições desses planetas. Até então, Kossakowski e sua equipe esperam encontrar candidatos mais empolgantes como Wolf 1069 b.
Informações básicas
Os pesquisadores do MPIA envolvidos neste estudo são Diana Kossakowski, Martin Kürster, Trifon Trifonov (também Departamento de Astronomia, Sofia Observatory, Bulgária), Thomas Henning, Remo Burn, Aleksei Pavlov e Martin Schlecker (também Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, EUA).
Publicado em 04/02/2023 06h38
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