A recente exploração de exoplanetas se concentrou na descoberta de planetas rochosos temperados como a Terra, que são frequentemente chamados de planetas habitáveis. A maioria das missões recentes tem como alvo estrelas mais frias que o sol. Essas estrelas são conhecidas como anãs vermelhas ou estrelas do tipo M, que são numerosas na vizinhança solar.
Insolação moderada e uma quantidade adequada de água do mar são necessárias para que um planeta mantenha um clima temperado. Modelos anteriores de formação de planetas, no entanto, preveem que a taxa de ocorrência de planetas que satisfazem tais condições em torno de estrelas do tipo M é pequena. Novas simulações conduzidas por Tadahiro Kimura, estudante de doutorado da Universidade de Tóquio e Prof. Masahiro Ikoma da Divisão de Ciências do NAOJ, focaram na formação de uma atmosfera rica em hidrogênio a partir do disco protoplanetário e na produção de água através da reação entre a atmosfera e o oceano de magma.

Eles desenvolveram um novo modelo de formação de planetas e, assim, previram as quantidades de água do mar que os exoplanetas orbitando estrelas do tipo M teriam. Como resultado, sua estimativa mostra que vários por cento dos planetas com raios semelhantes à Terra e insolação orbitando estrelas do tipo M têm quantidades moderadas de água do mar. Isso sugere que a descoberta de planetas com climas temperados na próxima década é provável. Os resultados da pesquisa foram publicados em Nature Astronomy em 29 de setembro.

Desde a primeira detecção em 1995, foram detectados mais de 5.000 planetas que orbitam outras estrelas além do Sol (exoplanetas). A detecção de um número tão grande de exoplanetas mostrou que os sistemas planetários existem comumente no universo. Por outro lado, também ficou claro que os exoplanetas são diversos em termos de tamanho, composição, distância da estrela central e insolação.

Entre os planetas detectados até agora, existem muitos planetas do tamanho da Terra. Se algum deles tem um clima temperado como a Terra é uma questão de grande interesse. A água é necessária para a vida na Terra, mas a água também desempenha um papel importante no clima. Sabe-se que a manutenção de climas temperados requer uma quantidade moderada de radiação estelar, bem como um oceano com quantidade moderada de água.

A Terra atual é capaz de manter um clima quente devido ao funcionamento do ciclo do carbono com placas tectônicas e intemperismo continental; se a quantidade de água oceânica fosse várias dezenas de vezes maior do que na Terra, o ciclo do carbono seria restrito, resultando em um clima extremamente quente ou frio.

Uma ideia muito difundida é que os oceanos da Terra atuais foram entregues por corpos rochosos ou gelados contendo água. Estudos anteriores que aplicaram essa ideia a exoplanetas em torno de estrelas do tipo M levaram à previsão de que planetas com teor moderado de água são raros, sugerindo que, embora as estrelas do tipo M sejam o principal alvo de futuras pesquisas de planetas habitáveis, é altamente improvável que planetas habitáveis ​​sejam encontrados .

Por outro lado, a produção de água em uma atmosfera de acumulação foi proposta como um processo alternativo de aquisição de água em pesquisas anteriores do Prof. Ikoma e seu colega. Geralmente, à medida que um planeta cresce em um disco protoplanetário, ele gravitacionalmente adquire gás do disco e forma uma atmosfera composta principalmente de hidrogênio.

Além disso, acredita-se que a superfície rochosa do planeta em crescimento esteja derretida devido ao calor dos impactos celestes (veja a Fig. 1); ou seja, o planeta é coberto por um oceano de magma. Neste momento, uma reação química entre hidrogênio atmosférico e óxidos no oceano de magma leva à produção de água. Levando em conta os efeitos de tal reação produtora de água, é possível formar um planeta mais rico em água do que nos modelos teóricos convencionais.

A quantidade de rocha hidratada adquirida por um planeta e a quantidade de água obtida das reações de produção de água são altamente dependentes do processo de formação do planeta. Neste estudo, Tadahiro Kimura e Masahiro Ikoma desenvolveram um novo modelo de síntese populacional planetária para reestimar a frequência de planetas aquáticos em sistemas extra-solares em torno de estrelas do tipo M.

O modelo segue o crescimento de massa e a evolução orbital dos planetas com base nas mais recentes teorias de formação de planetas, podendo calcular a quantidade de água adquirida no processo. Além da aquisição anteriormente considerada de rochas hidratadas, o modelo também incorpora recentemente o efeito da produção de água na atmosfera primordial.

Simulações numéricas usando este modelo mostram que uma grande variedade de planetas de diferentes tamanhos e massas atmosféricas são produzidos em vários locais (ver Fig. 2). O teor de água calculado para planetas na zona habitável é mostrado na Fig. 3.

Como mostrado na figura, os exoplanetas que orbitam estrelas do tipo M podem reter quantidades muito diversas de água quando a produção de água na atmosfera primordial funciona. Alguns desses planetas se formaram com quantidades semelhantes de água do mar à da Terra. A maior parte da água do mar nesses planetas é trazida através da produção de água atmosférica. A análise dos dados computacionais levou à previsão de que vários por cento dos planetas com raios planetários entre 0,7 e 1,3 vezes o da Terra retêm quantidades adequadas de água para sustentar climas temperados (cerca de 0,1 a 100 vezes o conteúdo de água do mar da Terra).

Espera-se que cerca de 100 planetas do tamanho da Terra sejam detectados na zona habitável em torno de estrelas do tipo M em programas de exploração de exoplanetas em andamento e futuros, como TESS e PLATO. Os resultados deste estudo prevêem que vários desses planetas serão planetas aquáticos com climas quentes semelhantes à Terra.

Observações dos espectros atmosféricos de exoplanetas pelos telescópios espaciais infravermelhos JWST e Ariel também revelarão a presença de moléculas de água e outros elementos na atmosfera. Espera-se que essas observações validem as previsões teóricas desta pesquisa e levem a uma melhor compreensão do processo de formação de planetas aquáticos como a Terra. + Explorar mais

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