Title: O Ambiente de Radiação de Alta Energia em torno de uma anã de 10 Gyr M: Habitável por fim?
Autores: Kevin France, Girish Duvvuri, Hilary Egan, et al.
P>Instituição do primeiro autor: Universidade do Colorado, Boulder
Status: Publicado em arXiv (acesso aberto); Aceito em AJ (acesso fechado)
Existem muitas estrelas no Universo, e um grande pedaço delas são anãs M. Estas são as estrelas mais pequenas e vermelhas, vindo em último lugar na sequência de tipos espectrais (O, B, A, A, F, G, K, e por último mas não menos importante: M). Bónus: uma vez que são tão pequenas e fracas, torna realmente mais fácil encontrar planetas terrestres mais pequenos à sua volta! Dado que são tão abundantes e temos uma boa oportunidade de espreitar as suas zonas habitáveis, faz sentido que queiramos pensar em como seria a vida num planeta em redor de um anão M.
Mas, há um senão. Os anões M são também conhecidos por serem estrelas muito activas, queimando e emitindo muita luz ultravioleta e raios X que são más notícias para a vida biológica. Esta actividade estelar é tão forte que impulsiona a fuga atmosférica, despojando estes planetas rochosos das suas atmosferas, que são críticas para a habitabilidade. A luz ultravioleta extrema (conhecida como EUV ou XUV) é particularmente boa para despojar uma atmosfera, e os jovens anões M emitem mais disto, uma vez que passam mais tempo na sua fase de evolução de sequências pré-principais. Assim, o início da vida destas estrelas é extremo, arruinando as hipóteses de um planeta ser habitável. E as anãs M mais velhas? Os planetas em redor das anãs M poderiam ter uma “atmosfera secundária” criada por gases libertados através de impactos ou vulcões. Será que eles adoecem com a idade, silenciando toda essa radiação, tornando possível que esta atmosfera secundária permaneça por perto o tempo suficiente para que a vida surja?
O jornal de hoje procura responder a estas questões observando uma anã M velha próxima para a sua actividade de raios UV e raios X, depois calculando o que aconteceria à atmosfera de um planeta semelhante à Terra na sua zona habitável.
A Pesquisa dos Assassinos da Atmosfera
Os autores utilizaram o Telescópio Espacial Hubble (para observações UV) e o Observatório de raios X Chandra para observar a Estrela de Barnard, uma velha estrela M próxima. A Estrela de Barnard está apenas a cerca de 6 anos-luz de distância, o que a torna uma das nossas vizinhas mais próximas no espaço. Tem apenas 16% do tamanho do Sol, mas cerca do dobro da sua idade. É também conhecida por acolher um super-Terra frio (cerca de -300°F!) cerca de 3 vezes o tamanho do nosso planeta, descoberto pelo método da velocidade radial.
A luminosidade média da estrela de Barnard está entre as mais baixas alguma vez medidas para uma anã M, mas ainda emite mais XUV do que o Sol, como mostra a Figura 1. Também mediram um fluxo de raios X fraco (mas não nulo), também entre os mais baixos observados para uma anã M. A estrela de Barnard ainda ardia tão frequentemente como as anãs M mais novas, mas as erupções na estrela mais velha eram de menor intensidade (ainda mais intensas do que uma estrela como o nosso Sol!). Outro evento de aquecimento da atmosfera é a CME, ou “ejeção de massa coronal”, que liberta partículas de alta energia da estrela; os autores descobriram que estes eventos têm energias semelhantes às erupções solares, mas são muito mais frequentes. No entanto, há uma ressalva sobre isto: M anões foram teorizados para terem campos magnéticos mais fortes, que podem impedir as EMCs de viajar longe da estrela e planetas de impacto, por isso há um pouco de incerteza sobre o efeito das EMCs numa atmosfera aqui discutida.
O Veredicto sobre a Atmosfera
Agora que sabemos um pouco mais sobre o ambiente em torno de um velho anão M, o que aconteceria à atmosfera de um planeta? Os autores estimaram a fuga atmosférica de um hipotético planeta semelhante à Terra, na zona habitável da Estrela de Barnard, que se depara com esta radiação de alta energia observada.
Primeiro, para garantir que os seus modelos faziam sentido, testaram-nos no sistema Sol/Terra para ver se conseguiam reproduzir o que observamos no nosso próprio sistema solar. Depois, passaram a olhar para a fuga térmica e iónica do nosso hipotético planeta. A fuga térmica acontece quando as partículas estão suficientemente quentes, e portanto movendo-se suficientemente rápido, para exceder a velocidade de fuga do planeta. Em torno da Estrela de Barnard, o nosso hipotético planeta perderia a sua atmosfera em cerca de 11 milhões de anos. Ou, pode-se pensar nisso como perdendo 87 vezes a atmosfera da Terra num bilião de anos (por contexto, a Terra tem mais de 4 biliões de anos!).
Apontam também para a fuga de iões, que é na realidade a principal forma de a Terra perder atmosfera. Isto é um pouco mais complicado, uma vez que requer um modelo de interacção de plasma. As suas simulações mostraram que num estado normal, quiescente (não de queima), a Estrela de Barnard apenas aumenta ligeiramente a fuga atmosférica em comparação com a Terra. No entanto, quando ocorre uma queima, há muito mais perda atmosférica, como se vê na Figura 2. Uma coisa a notar é que o planeta hipotético aqui não é magnetizado; o magnetismo poderia fazer a diferença, como faz na Terra, protegendo-se de algumas destas partículas de alta energia. No entanto, o grande problema aqui é que a perda atmosférica em torno dos velhos anões M será dominada pelos períodos de erupção.
Can Life Find a Way?
Flares podem de facto ter um efeito positivo na vida de uma forma diferente. Outros trabalhos mostraram que os fótons quase-UV (NUV) podem conduzir a formação de moléculas precursoras ao RNA; a Estrela de Barnard tem um pouco menos de radiação NUV do que é necessário para isto no seu estado calmo, mas a queima pode ser suficiente para suportar estas vias prebióticas. Além disso, agora que sabemos que as erupções podem ser um problema para manter uma atmosfera, podemos querer alargar a nossa procura de planetas habitáveis mais longe da estrela; existe a possibilidade de uma “zona habitável alargada” mais longe da estrela, onde a radiação é menos extrema!
Embora sejam menos activos, este artigo mostrou que mesmo os anões M antigos podem perder muita atmosfera, particularmente devido às erupções. Ainda precisamos de aprender mais sobre os ciclos de erupção, uma vez que isso parece ser um parâmetro chave na retenção atmosférica e na habitabilidade das anãs M!
- Sobre o Autor
Sobre Briley Lewis
Briley Lewis é um estudante de pós-graduação do terceiro ano e NSF Fellow na Universidade da Califórnia, Los Angeles estudando Astronomia & Astrofísica. Os seus interesses de investigação são principalmente em sistemas planetários – tanto exoplanetas como objectos no nosso próprio sistema solar, como se formam, e como podemos criar instrumentos para aprender mais sobre eles. Anteriormente, prosseguiu a sua investigação no Museu Americano de História Natural em NYC, e também no Space Telescope Science Institute em Baltimore, MD. Fora da investigação, ela é apaixonada pelo ensino e pela divulgação pública, e passa o seu tempo livre a juntar o seu amor pela ciência com os seus amores pela arte e pela escrita, e a brincar com o seu cão de resgate.