730: Imaginando um vizinho terrestre

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

Alfa Centauri A (esquerda) e alfa Centauri B vistas pelo Telescópio Espacial Hubble. A uma distância de 4,3 anos-luz, o grupo alfa Centauri (que inclui também a anã vermelha alfa Centauri C) é o sistema estelar mais próximo da Terra.
Crédito : ESA/Hubble & NASA

Ainda não sabemos se as estrelas semelhantes ao Sol mais próximas de nós, o binário alfa Centauri A/B, abrigam um planeta semelhante à Terra. No entanto, graças a um novo trabalho de modelagem, temos agora uma boa noção de como seria um tal planeta, caso existisse, e de como poderia ter evoluído.

Estes são tempos emocionantes para a investigação exoplanetária, passando da demografia para a caracterização detalhada. Prevê-se que o Telescópio Espacial James Webb, lançado com sucesso em Dezembro de 2021, detecte as atmosferas de exoplanetas rochosos em trânsito dentro da “zona habitável” de anãs M, estrelas mais ténues do que o Sol. O ELT (Extremely Large Telescope), actualmente em construção no Chile, será configurado até ao final da década para observar directamente exoplanetas rochosos em torno de estrelas parecidas com o Sol.

Olhando ainda mais à frente, conceitos ambiciosos de missões espaciais futuras atualmente a ser explorados, incluindo o LIFE (Large Interferometer for Exoplanets), que visa os exoplanetas rochosos na zona habitável e as suas atmosferas. A ETH Zurique é líder ou está significativamente envolvida nestas e noutras infra-estruturas de observação. Investigação complementar no Instituto de Física de Partículas e Astrofísica lida com modelação numérica, que é indispensável para compreender os exoplanetas rochosos na zona habitável e para orientar as futuras observações e desenvolvimento de instrumentação.

Agora, uma equipa internacional liderada por cientistas da ETH Zurique apresentaram os resultados de um tal estudo, no qual orientaram a sua atenção para as estrelas parecidas com o Sol mais próximas da Terra, alfa Centauri A e alfa Centauri B. Publicados na revista The Astrophysical Journal, fornecem uma previsão de referência de como seria um planeta do tamanho da Terra, caso existisse neste sistema.

Uma hipotética Terra em alfa Centauri

A equipa, que inclui os astrofísicos da ETH Zurique Haiyang Wang, Sascha Quanz e Fabian Seidler, bem como Paolo Sossi do Departamento de Ciências da Terra, propôs-se estimar a composição elementar de um hipotético planeta rochoso na zona habitável do sistema alfa Centauri A/B. A sua modelagem baseia-se nas composições químicas medidas espectroscopicamente de alfa Centauri A e alfa Centauri B, para as quais existe uma grande quantidade de informação tanto para elementos formadores de rochas (tais como ferro, magnésio e silício) como para elementos voláteis (incluindo hidrogénio, carbono e oxigénio).

A partir destes dados foram capazes de projectar possíveis composições de um hipotético corpo planetário em órbita de qualquer uma das estrelas. Desta forma, os investigadores chegaram a previsões detalhadas sobre as propriedades do seu planeta modelo, uma Terra em alfa Centauri, incluindo a sua estrutura interna, mineralogia e composição atmosférica. Estas características, por sua vez, são de importância central para compreender a sua evolução a longo prazo e a sua potencial habitabilidade.

Com este trabalho, Wang e colegas começaram a pintar uma imagem cativante de um potencial exoplaneta em órbita de alfa Centauri A/B. Se existir, é provavelmente geo-quimicamente semelhante à nossa Terra, preveem, com um manto dominado por silicatos, mas enriquecido em espécies portadoras de carbono como grafite e diamante.

A capacidade de armazenamento de água no seu interior rochoso deve ser equivalente à do nosso planeta natal. De acordo com o estudo, esta hipotética Terra em alfa Centauri também teria diferenças, com um núcleo de ferro ligeiramente maior, menor actividade geológica e uma possível ausência de placas tectónicas. A maior surpresa, porém, foi que a atmosfera inicial do hipotético planeta poderia ter sido dominada por dióxido de carbono, metano e água – semelhante à da Terra no éon Arqueano, há 4 a 2,5 mil milhões de anos atrás, quando surgiu a primeira vida no nosso planeta.

A ligação química estrela-planeta

O estudo destaca-se pelo facto de incluir previsões sobre elementos voláteis num exoplaneta rochoso. Embora esteja bem estabelecido que a composição química dos planetas “terrestres” (que são constituídos predominantemente por rocha e metal) reflete geralmente a das suas estrelas hospedeiras, isto só é verdade para os chamados elementos refractários; ou seja, os principais constituintes da rocha e do metal. A correspondência decompõe-se para os elementos voláteis – os que se evaporam facilmente. Esta classe inclui o hidrogénio, carbono e azoto, que são a chave para compreender se um planeta é potencialmente habitável.

Durante a sua investigação de doutoramento na Universidade Nacional Australiana em Camberra (supervisionada por Charley Lineweaver e Trevor Ireland, co-autores do novo trabalho), Wang desenvolveu o primeiro modelo quantitativo que liga as composições químicas de estrelas semelhantes ao Sol a quaisquer planetas rochosos que as rodeiam, tanto para elementos voláteis como refractários.

Wang juntou-se ao grupo Quanz na ETH Zurique em 2019, onde desde então desenvolveu ainda mais as aplicações deste modelo. Modelos mais sofisticados da relação química entre estrela e planeta estão também a ser desenvolvidos no grupo, através de colaborações no âmbito do NCCR PlanetS (National Centre of Competence in Research PlanetS).

Janela de oportunidade

A probabilidade de encontrar realmente um irmão mais velho da nossa Terra – o sistema alfa Centauri A/B é 1,5-2 mil milhões de anos mais velho que o Sol – dificilmente podia ser mais favorável. De 2022 a 2035, alfa Centauri A e alfa Centauri B estarão suficientemente separadas para beneficiar a procura de planetas à volta de cada uma das estrelas, graças à redução da contaminação luminosa uma da outra.

Juntamente com o novo poder observacional que se pode esperar nos próximos anos, existe a legítima esperança de que um ou vários exoplanetas em órbita de alfa Centauri A/B se juntem aos cerca de 5000 exoplanetas descobertos desde 1995, quando os astrofísicos Michel Mayor e Didier Queloz da Universidade de Genebra (que se juntaram à ETH Zurique no ano passado) anunciaram a descoberta do primeiro planeta para lá do nosso Sistema Solar em órbita de uma estrela semelhante ao Sol – pelo qual receberam o Prémio Nobel da Física em 2019, partilhado com o cosmólogo canadiano-americano Jim Peebles.

O trabalho de Wang et al. fornece um estudo de referência para o campo da investigação exoplanetária, em termos de uma caracterização teórica detalhada de exoplanetas rochosos (hipotéticos) na zona habitável em torno de estrelas semelhantes ao Sol na vizinhança solar. Isto é importante para orientar futuras observações de tais planetas e, portanto, para maximizar o retorno científico das infra-estruturas astronómicas sem precedentes, terrestres e espaciais, que estão a ser desenvolvidas. Com toda esta capacidade instalada, podemos aguardar com expectativa um novo capítulo na descoberta de planetas e vida no cosmos.

Astronomia On-line
15 de Março de 2022