Uma nova pesquisa liderada pela NASA fornece um olhar mais atento sobre uma estrela próxima que se parece com o nosso jovem sol. O trabalho permite que os cientistas entendam melhor como 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 mesmas para trocar conselhos, identificar as origens de seus traços definidores, e compartilhe esperanças para o futuro. Com 4,65 bilhões de anos, nosso sol é uma estrela de meia-idade. Os cientistas costumam ficar curiosos para saber exatamente quais propriedades permitiram ao nosso sol, em seus anos mais jovens, para sustentar a vida na Terra próxima.

Sem uma máquina do tempo para transportar cientistas bilhões de anos atrás, reconstituir a atividade inicial de nossa estrela pode parecer uma façanha impossível. Felizmente, na galáxia da Via Láctea - o cintilante, segmento em espiral do universo onde nosso sistema solar está localizado - há mais de 100 bilhões de estrelas. Um em cada dez compartilha características com nosso sol, e muitos estão nos estágios iniciais de desenvolvimento.

"Imagine que eu queira reproduzir a foto de um adulto de um bebê quando eles tinham um ou dois anos de idade, e todas as suas fotos foram apagadas ou perdidas. Eu iria olhar para uma foto deles agora, e fotos de parentes próximos dessa idade, e de lá, reconstruir suas fotos de bebês, "disse Vladimir Airapetian, astrofísico sênior da Divisão de Heliofísica do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e primeiro autor do novo estudo. "Esse é o tipo de processo que estamos seguindo aqui - observar as características de uma jovem estrela semelhante à nossa, para entender melhor como era nossa própria estrela em sua juventude, e o que lhe permitiu fomentar a vida em um de seus planetas próximos. "

Kappa 1 Ceti é um análogo solar. A estrela está localizada a cerca de 30 anos-luz de distância (em termos de espaço, é como um vizinho que mora na rua ao lado) e é estimado ter entre 600 a 750 milhões de anos, por volta da mesma idade do nosso Sol quando a vida se desenvolveu na Terra. Ele também tem massa e temperatura superficial semelhantes ao nosso sol, disse o segundo autor do estudo, Meng Jin, um heliofísico do SETI Institute e do Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory na Califórnia. Todos esses fatores tornam Kappa 1 Ceti um "gêmeo" de nosso jovem sol na época em que a vida surgiu na Terra, e um importante alvo para estudo.

Airapetian, Jin, e vários colegas adaptaram um modelo solar existente para prever alguns dos mais importantes Kappa 1 Ceti, ainda difícil de medir, características. O modelo se baseia na entrada de dados de uma variedade de missões espaciais, incluindo o telescópio espacial Hubble da NASA / ESA, Transiting Exoplanet Survey Satellite da NASA e missões NICER, e o XMM-Newton da ESA. A equipe publicou seu estudo hoje no Astrophysical Journal .

Poder estelar

Como bebês humanos, estrelas da criança são conhecidas por suas altas explosões de energia e atividade. Para estrelas, uma maneira pela qual essa energia reprimida é liberada é na forma de um vento estelar.

Ventos estelares, como as próprias estrelas, são compostos principalmente de um gás superquente conhecido como plasma, criado quando as partículas em um gás se dividem em íons carregados positivamente e elétrons 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, em uma erupção, ou fluir de forma mais constante em direção aos planetas próximos como o vento estelar. "O vento estelar flui continuamente de uma estrela em direção aos planetas próximos, influenciando os ambientes desses planetas, "Jin disse.

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

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

Nosso sol é um exemplo perfeito. Comparado a agora, em sua infância, nosso sol provavelmente girou três vezes mais rápido, tinha um campo magnético mais forte, e disparou radiação e partículas de alta energia mais intensas. Nos dias de hoje, para espectadores sortudos, o impacto dessas partículas às vezes é visível perto dos pólos do planeta como aurora, ou as Luzes do Norte e do Sul. Airapetian diz 4 bilhões de anos atrás, considerando o impacto do vento do nosso sol naquela época, essas tremendas luzes eram provavelmente visíveis de muitos outros lugares ao redor do globo.

Esse alto nível de atividade em nossa nascência solar pode ter empurrado para trás a magnetosfera protetora da Terra, e forneceu o planeta - não perto o suficiente para ser queimado como Vênus, nem distante o suficiente para ser negligenciado como Marte - com a química atmosférica certa para a formação de moléculas biológicas.

Processos semelhantes podem estar se desenvolvendo em sistemas estelares em nossa galáxia e universo.

"É meu sonho encontrar um exoplaneta rochoso no estágio em que nosso planeta se encontrava há mais de 4 bilhões de anos, sendo moldado por seus jovens, estrela ativa e quase pronta para hospedar vida, "Airapetian disse." Entender como era o nosso Sol exatamente quando a vida estava começando a se desenvolver na Terra nos ajudará a refinar nossa busca por estrelas com exoplanetas que podem eventualmente hospedar vida. "

Um gêmeo solar

Embora os análogos solares possam ajudar a resolver um dos desafios de espreitar os sóis do passado, o tempo não é o único fator complicador no estudo de nosso jovem sol. Também há distância.

Temos instrumentos capazes de medir com precisão o vento estelar de nosso próprio sol, chamado de vento solar. Contudo, ainda não é possível observar diretamente o vento estelar de outras estrelas em nossa galáxia, como Kappa 1 Ceti, porque eles estão muito longe.

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

A base para o novo modelo do Kappa 1 Ceti da Airapetian, Jin, e colegas é o Alfvén Wave Solar Model, que está dentro da Estrutura de Modelagem do Clima Espacial desenvolvida pela Universidade de Michigan. O modelo funciona inserindo informações conhecidas sobre uma estrela, incluindo seu campo magnético e dados de linha de emissão ultravioleta, para prever a atividade do vento estelar. Quando o modelo foi testado em nosso sol, ele foi validado e verificado em relação aos dados observados para verificar se suas previsões são precisas.

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

Estudos anteriores se basearam em dados coletados pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) e pelo Hubble Space Telescope (HST) para identificar o Kappa 1 Ceti como um jovem proxy solar, e reunir as informações necessárias para o modelo, such as magnetic field and ultraviolet emission line data.

"Every model needs input to get output, " Airapetian said. "To get useful, accurate output, the input needs to be solid data, ideally from multiple sources across time. We have all that data from Kappa 1 Ceti, but we really synthesized it in this predictive model to move past previous purely observational studies of the star."

Airapetian likens his team's model to a doctor's report. To get a full picture of how a patient is doing, a doctor is likely to talk to the patient, gather markers like heart rate and temperature, and if needed, conduct several more specialized tests, like a blood test or ultrasound. They are likely to formulate an accurate assessment of patient well-being with a combination of these metrics, não apenas um.

De forma similar, by using many pieces of information about Kappa 1 Ceti gathered from different space missions, scientists are better able to predict its corona and the stellar wind. Because stellar wind can affect a nearby planet's magnetic shield, it plays an important role in habitability. The team is also working on another project, looking more closely at the particles that may have emerged from early solar flares, as well as prebiotic chemistry on Earth.

Our sun's past, escrito nas Estrelas

The researchers hope to use their model to map the environments of other sun-like stars at various life stages.

Especificamente, they have eyes on the infant star EK Dra—111 light-years away and only 100 million years old—which is likely rotating three times faster and shooting off more flares and plasma than Kappa 1 Ceti. Documenting how these similar stars of various ages differ from one another will help characterize the typical trajectory of a star's life.

Trabalho deles, Airapetian said, is all about "looking at our own sun, its past and its possible future, through the lens of other stars."

To learn more about our sun's stormy youth, watch this video and see how energy from our young sun—4 billion years ago—aided in creating molecules in Earth's atmosphere, allowing it to warm up enough to incubate life.