A fim de buscar vida no espaço sideral, os astrônomos precisam primeiro saber para onde olhar. Um novo estudo da Northwestern University ajudará os astrônomos a restringir a pesquisa.

A equipe de pesquisa é a primeira a combinar modelagem climática 3-D com química atmosférica para explorar a habitabilidade dos planetas em torno de estrelas anãs M. que compreendem cerca de 70% da população galáctica total. Usando esta ferramenta, os pesquisadores redefiniram as condições que tornam um planeta habitável, levando em consideração a radiação da estrela e a taxa de rotação do planeta.

Entre suas descobertas, a equipe Northwestern, em colaboração com pesquisadores da University of Colorado Boulder, Virtual Planet Laboratory da NASA e o Massachusetts Institute of Technology, descobriram que apenas os planetas orbitando estrelas ativas - aqueles que emitem muita radiação ultravioleta (UV) - perdem água significativa para a vaporização. Planetas inativos, ou quieto, as estrelas são mais propensas a manter água líquida para sustentar a vida.

Os pesquisadores também descobriram que planetas com camadas finas de ozônio, que têm, de outra forma, temperaturas de superfície habitáveis, recebem níveis perigosos de dosagens de UV, tornando-os perigosos para a vida de superfície complexa.

"Durante a maior parte da história humana, a questão de saber se a vida existe ou não em outro lugar pertenceu apenas ao reino filosófico, "disse Howard Chen da Northwestern, o primeiro autor do estudo. "Somente nos últimos anos temos as ferramentas de modelagem e a tecnologia de observação para tratar dessa questão."

"Ainda, há muitas estrelas e planetas lá fora, o que significa que há muitos alvos, "acrescentou Daniel Horton, autor sênior do estudo. "Nosso estudo pode ajudar a limitar o número de lugares para os quais devemos apontar nossos telescópios."

A pesquisa será publicada online no dia 14 de novembro no Astrophysical Journal .

Horton é professor assistente de Ciências da Terra e planetárias no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Chen é um Ph.D. candidato no Grupo de Pesquisa de Mudanças Climáticas da Northwestern e futuro investigador da NASA.

A 'zona Goldilocks'

Para sustentar uma vida complexa, os planetas precisam ser capazes de manter a água líquida. Se um planeta está muito perto de sua estrela, então a água vaporizará completamente. Se um planeta está muito longe de sua estrela, então a água vai congelar, e o efeito estufa não será capaz de manter a superfície quente o suficiente para a vida. Esta área Cachinhos Dourados é chamada de "zona habitável circunstelar, "um termo cunhado pelo professor James Kasting, da Penn State University.

Os pesquisadores têm trabalhado para descobrir o quão perto é muito perto para um planeta sustentar água líquida. Em outras palavras, eles procuram a "borda interna" da zona habitável.

"A borda interna do nosso sistema solar está entre Vênus e a Terra, "Chen explicou." Vênus não é habitável; Terra é. "

Horton e Chen estão olhando além de nosso sistema solar para localizar as zonas habitáveis ​​dentro de M. sistemas estelares anões. Por serem numerosos e mais fáceis de encontrar e investigar, M planetas anões surgiram como pioneiros na busca por planetas habitáveis. Eles obtêm seu nome do pequeno, legal, estrelas turvas em torno das quais orbitam, chamadas de anãs M ou "anãs vermelhas".

Química Crucial

Outros pesquisadores caracterizaram as atmosferas de planetas anões M usando modelos climáticos globais 1D e 3-D. Esses modelos também são usados ​​na Terra para entender melhor o clima e as mudanças climáticas. Estudos 3-D anteriores de exoplanetas rochosos, Contudo, perderam algo importante:química.

Ao combinar modelagem climática 3-D com fotoquímica e química atmosférica, Horton e Chen construíram um quadro mais completo de como a radiação ultravioleta de uma estrela interage com os gases, incluindo vapor de água e ozônio, na atmosfera do planeta.

Em suas simulações, Horton e Chen descobriram que a radiação de uma estrela desempenha um fator decisivo para determinar se um planeta é habitável ou não. Especificamente, eles descobriram que os planetas orbitando estrelas ativas são vulneráveis ​​à perda de quantidades significativas de água devido à vaporização. Isso contrasta fortemente com pesquisas anteriores usando modelos climáticos sem fotoquímica ativa.

A equipe também descobriu que muitos planetas na zona habitável circunstelar não podiam sustentar a vida devido às suas finas camadas de ozônio. Apesar de ter temperaturas de superfície habitáveis, as camadas de ozônio desses planetas permitem que muita radiação ultravioleta passe e penetre no solo. O nível de radiação seria perigoso para a vida na superfície.

"A fotoquímica 3-D desempenha um grande papel porque fornece aquecimento ou resfriamento, que pode afetar a termodinâmica e talvez a composição atmosférica de um sistema planetário, "Disse Chen." Esses tipos de modelos não foram realmente usados ​​na literatura de exoplanetas para estudar planetas rochosos porque são muito caros em termos computacionais. Outros modelos fotoquímicos estudando planetas muito maiores, como gigantes gasosos e Júpiteres quentes, já mostram que não se pode negligenciar a química na investigação do clima. "

"Também tem sido difícil adaptar esses modelos porque eles foram originalmente projetados para condições baseadas na Terra, "Horton disse." Modificar as condições de contorno e ainda fazer os modelos rodarem com sucesso tem sido um desafio. "

'Estamos sozinhos?'

Horton e Chen acreditam que esta informação ajudará os astrônomos observacionais na busca por vida em outros lugares. Instrumentos, como o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial James Webb, têm a capacidade de detectar vapor de água e ozônio em exoplanetas. Eles só precisam saber onde procurar.

"'Estamos sozinhos?' é uma das maiores questões sem resposta, "Disse Chen." Se pudermos prever quais planetas têm maior probabilidade de abrigar vida, então podemos chegar muito mais perto de respondê-la dentro de nossas vidas. "