Planetas de baixa massa com uma atmosfera primordial de hidrogênio e hélio podem ter as temperaturas e pressões que permitem a água na fase líquida. A presença de água líquida é favorável à vida, de modo que esses planetas potencialmente abrigam habitats exóticos por bilhões de anos. Crédito:© (CC BY-NC-SA 4.0) - Thibaut Roger - Universität Bern - Universität Zürich.
A vida na Terra começou nos oceanos. Na busca por vida em outros planetas, o potencial de água líquida é, portanto, um ingrediente-chave. Para encontrá-lo, os cientistas tradicionalmente procuraram planetas semelhantes ao nosso. No entanto, a água líquida de longo prazo não precisa necessariamente ocorrer em circunstâncias semelhantes às da Terra. Pesquisadores da Universidade de Berna e da Universidade de Zurique, que são membros do Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) PlanetS, relatam em um estudo publicado na revista
Nature Astronomy , que condições favoráveis podem ocorrer por bilhões de anos em planetas que mal se assemelham ao nosso planeta natal.
Estufas primordiais “Uma das razões pelas quais a água pode ser líquida na Terra é sua atmosfera”, explica o coautor do estudo Ravit Helled, professor de astrofísica teórica da Universidade de Zurique e membro do NCCR PlanetS. “Com seu efeito estufa natural, ele retém a quantidade certa de calor para criar as condições certas para oceanos, rios e chuva”, diz o pesquisador.
A atmosfera da Terra costumava ser muito diferente em sua história antiga, no entanto. “Quando o planeta se formou a partir de gás e poeira cósmicos, coletou uma atmosfera composta principalmente de hidrogênio e hélio – a chamada atmosfera primordial”, aponta Helled. Ao longo de seu desenvolvimento, no entanto, a Terra perdeu essa atmosfera primordial.
Duração das condições de água líquida para planetas em uma ampla faixa de semi-eixos maiores (1 au a 100 au) e massas de envelope (10
−1,8
para 10
−6
M ⊕ ). Os planetas recebem insolação com base na evolução da luminosidade de uma estrela parecida com o Sol. um –c , massas de núcleo de 1,5 (a ), 3 (b ) e 8 M ⊕ (c ). A duração da evolução total é de 8 Gyr. A cor de um ponto de grade indica por quanto tempo houve pressões e temperaturas de superfície contínuas permitindo água líquida, τ lqw . Estes variam de 10 Myr (roxo) a mais de 5 Gyr (amarelo). As cruzes cinzentas correspondem a casos sem condições de água líquida com duração superior a 10 Myr. A perda atmosférica não é considerada nestas simulações. d , Resultados para planetas com massa central de 3 M ⊕ , mas incluindo a restrição de que a temperatura da superfície deve permanecer entre 270 e 400 K. Cada painel contém um caso 'unbound' em que a distância é definida como 10
6
au e a insolação solar tornou-se insignificante. Crédito:Astronomia da Natureza (2022). DOI:10.1038/s41550-022-01699-8
Outros planetas mais massivos podem coletar atmosferas primordiais muito maiores, que podem manter indefinidamente em alguns casos. "Tais atmosferas primordiais massivas também podem induzir um efeito estufa - muito parecido com a atmosfera da Terra hoje. Portanto, queríamos descobrir se essas atmosferas podem ajudar a criar as condições necessárias para a água líquida", diz Helled.
Água líquida por bilhões de anos Para fazer isso, a equipe modelou minuciosamente inúmeros planetas e simulou seu desenvolvimento ao longo de bilhões de anos. Eles foram responsáveis não apenas pelas propriedades das atmosferas dos planetas, mas também pela intensidade da radiação de suas respectivas estrelas, bem como pelo calor interno dos planetas irradiando para fora. Enquanto na Terra, este calor geotérmico desempenha apenas um papel menor para as condições da superfície, pode contribuir de forma mais significativa em planetas com atmosferas primordiais massivas.
"O que descobrimos é que, em muitos casos, atmosferas primordiais foram perdidas devido à intensa radiação das estrelas, especialmente em planetas que estão próximos de sua estrela. Mas nos casos em que as atmosferas permanecem, podem ocorrer as condições certas para a água líquida," relata Marit Mol Lous, Ph.D. aluno e autor principal do estudo. Segundo o investigador da Universidade de Berna e da Universidade de Zurique, “nos casos em que chega à superfície calor geotérmico suficiente, a radiação de uma estrela como o Sol nem é necessária para que prevaleçam na superfície condições que permitam a existência de líquido agua."
"Talvez mais importante, nossos resultados mostram que essas condições podem persistir por períodos muito longos de tempo - até dezenas de bilhões de anos", aponta o pesquisador, que também é membro do NCCR PlanetS.
Planetas com uma atmosfera primordial de hidrogênio-hélio exibem uma ampla gama de condições que permitem a água líquida. Crédito:© (CC BY-NC-SA 4.0) - Thibaut Roger - Universität Bern - Universität Zürich.
Ampliando o horizonte para a busca de vida extraterrestre "Para muitos, isso pode ser uma surpresa. Os astrônomos normalmente esperam que a água líquida ocorra em regiões ao redor das estrelas que recebem a quantidade certa de radiação:não muito, para que a água não evapore, e não muito pouco, para que nem tudo congela", explica o coautor do estudo Christoph Mordasini, professor de astrofísica teórica da Universidade de Berna e membro do NCCR PlanetS.
"Como a disponibilidade de água líquida é um pré-requisito provável para a vida, e a vida provavelmente levou muitos milhões de anos para surgir na Terra, isso pode expandir muito o horizonte para a busca de formas de vida alienígenas. chamados planetas flutuantes, que não orbitam em torno de uma estrela", diz Mordasini.
Duração das condições de água líquida em planetas não ligados. Os planetas são simulados com diferentes massas de núcleo e massas de envelope. As cores dos pontos da grade indicam por quanto tempo houve pressões e temperaturas contínuas na superfície permitindo água líquida, τlqw. A maior duração simulada foi de 84 bilhões de anos para um 10 M ⊕ núcleo e um 0,01 M ⊕ envelope. Se planetas com uma atmosfera primordial podem hospedar água líquida, a duração pode ser muito maior em planetas não ligados, uma vez que a fonte de calor interna pode evoluir mais lentamente que a estrela hospedeira. As linhas de contorno indicam o início das condições de água líquida para planetas com τ lqw> 100 Mir. Crédito:Astronomia da Natureza (2022). DOI:10.1038/s41550-022-01699-8
No entanto, o pesquisador continua cauteloso:"Embora nossos resultados sejam empolgantes, eles devem ser considerados com um grão de sal. Para que esses planetas tenham água líquida por muito tempo, eles precisam ter a quantidade certa de atmosfera. Não sabemos como comum que é."
"E mesmo nas condições certas, não está claro qual é a probabilidade de a vida surgir em um habitat potencial tão exótico. Essa é uma questão para os astrobiólogos. Ainda assim, com nosso trabalho, mostramos que nossa ideia centrada na Terra de uma vida- planeta amigo pode ser muito estreito", conclui Mordasini.
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