Os astrofísicos que estudam um exoplaneta popular na zona habitável da sua estrela descobriram que as correntes elétricas na atmosfera superior do planeta poderiam criar aquecimento suficiente para expandir a atmosfera o suficiente para deixar o planeta, provavelmente deixando o planeta inabitável.



Até agora, os cientistas planetários pensavam que um planeta habitável precisava de um forte campo magnético que o rodeasse para funcionar como um escudo, direcionando partículas ionizadas, raios X e radiação ultravioleta do vento estelar em torno e para longe da sua atmosfera.

É o que acontece na Terra, impedindo que radiações perigosas atinjam a vida na superfície, e o que não ocorre em Marte, que agora carece de um campo magnético global, o que significa que quaisquer habitantes iniciais do planeta vermelho provavelmente precisarão viver em cavernas e cavidades subterrâneas. para proteção solar contra vento.

A nova pesquisa, realizada por Ofer Cohen do Centro Lowell de Ciência e Tecnologia Espacial da Universidade de Massachusetts Lowell e colegas, publicada no The Astrophysical Journal , examinou se as correntes elétricas geradas na ionosfera do exoplaneta Trappist-1e levariam a aquecimento e expansão suficientes da atmosfera para que ela pudesse se dissipar da gravidade do planeta e ser perdida no espaço.

TRAPPIST-1e é uma estrela anã M fria na constelação de Aquário, a cerca de 41 anos-luz da Terra. O seu sistema planetário, que tem sete exoplanetas observados, é o sistema mais estudado fora do nosso sistema solar.

Três destes planetas estão na zona habitável da estrela, com temperaturas de superfície onde poderia existir água líquida. Como as anãs M, que constituem cerca de 70% das estrelas do Universo, são mais frias que o nosso Sol, estas zonas estão muito mais próximas destas estrelas.

Trappist-1e, um exoplaneta descoberto em 2017, orbita a apenas 0,028 UA de sua estrela (onde 1 UA é a distância média do Sol à Terra; Mercúrio orbita a cerca de 0,4 UA). Rochoso e semelhante à Terra, a sua densidade média é apenas 2% maior que a da Terra e a sua gravidade superficial é de 82%. Além do mais, tem uma temperatura de equilíbrio de 246 Kelvin, apenas 9 K abaixo da da Terra.

Estas propriedades fazem do Trappist-1e um dos mais interessantes de todos os exoplanetas descobertos até hoje. Mas será que tem uma atmosfera? Por estar localizado muito mais perto da sua estrela, a destruição atmosférica causada pelos ventos estelares deveria ser muito mais forte do que, digamos, a de Mercúrio, que não tem atmosfera.

Trabalhos anteriores mostraram que os ventos estelares do Trappist-1 poderiam potencialmente retirar uma atmosfera rica em hidrogénio dos seus exoplanetas por fotoevaporação, mas a complexidade da modelação significa que estes planetas poderiam ter uma série de ambientes atmosféricos.

Mas outro mecanismo potencial de remoção ocorre quando ventos estelares carregados externos impactam a atmosfera superior ionizada. Em trabalhos anteriores, Cohen e outros descobriram que quando a condutância e a impedância de cada um são semelhantes em magnitude, os três exoplanetas trapistas e, f e g, poderiam experimentar aquecimento resistivo por corrente contínua (DC) de até 1 watt por metro quadrado, 1 % da irradiância solar recebida e 5 a 15 vezes a energia estelar da radiação ultravioleta extrema. Esse “aquecimento Joule” poderia potencialmente retirar a atmosfera de qualquer um desses planetas. (Na Terra, o aquecimento Joule é de cerca de 0,01 W/m ² .)

Agora Cohen e colegas modelaram um segundo fenómeno que também poderá ter impacto nas atmosferas planetárias do Trappist-1:o aquecimento devido ao próprio movimento do planeta. Correntes elétricas alternadas (CA) serão geradas na atmosfera superior do planeta à medida que ele encontra um campo magnético estelar variável à medida que o planeta orbita sua estrela (lei de indução de Faraday).

Planetas próximos orbitam muito rapidamente – o período orbital de Trappist-1e é de apenas 6,1 dias terrestres – e a rápida mudança no campo magnético de fundo leva à geração de fortes correntes ionosféricas que se dissipam e criam um aquecimento potencialmente muito alto, que eles chamam de tensão. aquecimento Joule acionado.

Como os astrónomos não têm medições do vento estelar e do campo magnético do Trappist-1, o grupo utilizou modelos validados baseados na física para calcular a sua produção de energia, o seu vento solar e a mudança do campo magnético à distância do Trappist-1e. Usando estimativas razoáveis ​​para a largura da ionosfera de Trappist 1e, sua condutância e a magnitude do campo magnético variável, seus resultados mostram que o fluxo de energia de aquecimento Joule na atmosfera superior do planeta variaria de 0,01 a 100 W/m. 2 , uma quantidade significativa de aquecimento que pode ser maior do que a causada pelo ultravioleta extremo e 1 a 10% do fluxo de energia estelar no planeta.

Eles concluem que valores tão intensos poderiam causar um forte escape atmosférico e “poderiam levar a uma rápida perda da atmosfera”. Isso significa que astrobiólogos e outros deveriam levar em consideração o aquecimento Joule ao considerar a habitabilidade de um exoplaneta.

“É provável que ambos os mecanismos operem juntos em exoplanetas próximos”, disse Cohen. "Portanto, o nosso trabalho (e o nosso conhecimento do sistema solar) pode sugerir que os exoplanetas localizados muito perto da estrela são provavelmente planetas nus, sem atmosfera."

Cohen observa que o seu trabalho tem um elemento político, já que muitas equipas estão a investigar as atmosferas dos planetas Trappist-1. O Telescópio Espacial James Webb (JWST) já começou a observar as atmosferas planetárias deste sistema (não encontrando nenhuma), e há planos para fazer mais. “Isso pode ser um desperdício de recursos se não houver atmosfera para estudar”, disse Cohen.

Mais informações: Ofer Cohen et al, Aquecimento das atmosferas de exoplanetas de órbita curta por seu movimento orbital rápido através de um ambiente espacial extremo, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad206a
Informações do diário: Jornal Astrofísico

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