Quando se trata de procurar mundos que possam sustentar vida extraterrestre, os cientistas atualmente confiam na abordagem dos "frutos baixos". Como sabemos apenas de um conjunto de condições sob as quais a vida pode prosperar - isto é, o que temos aqui na Terra -, faz sentido procurar mundos que tenham essas mesmas condições. Isso inclui estar localizado dentro da zona habitável de uma estrela, ter uma atmosfera estável e ser capaz de manter a água líquida na superfície.
Até agora, os cientistas contavam com métodos que dificultam a detecção de vapor de água na atmosfera dos planetas terrestres. Mas, graças a um novo estudo liderado por Yuka Fujii, do Instituto Goddard de Estudos Espaciais (GISS) da NASA, que pode estar prestes a mudar. Usando um novo modelo tridimensional que leva em consideração os padrões de circulação global, este estudo também indica que exoplanetas habitáveis podem ser mais comuns do que pensávamos.
O estudo, intitulado "Atmosferas superiores úmidas e dirigidas por NIR de exoplanetas terrestres temperados com rotação síncrona", apareceu recentemente em The Astrophysical Journal. Além do Dr. Fujii, que também é membro do Instituto de Ciências da Vida na Terra do Instituto de Tecnologia de Tóquio, a equipe de pesquisa incluiu Anthony D. Del Genio (GISS) e David S. Amundsen (GISS e Columbia University).
Simplificando, a água líquida é essencial para a vida como a conhecemos. Se um planeta não possui uma atmosfera quente o suficiente para manter a água líquida em sua superfície por um período de tempo suficiente (da ordem de bilhões de anos), é improvável que a vida possa emergir e evoluir. Se um planeta estiver muito distante de sua estrela, sua água superficial congelará; se estiver muito próximo, a água da superfície evaporará e será perdida no espaço.
Embora a água tenha sido detectada nas atmosferas dos exoplanetas antes, em todos os casos, os planetas eram gigantes gasosos maciços que orbitavam muito perto de suas estrelas. (também conhecido como "Hot Jupiters"). Como Fujii e seus colegas declaram em seu estudo:
“Embora as assinaturas de H2O tenham sido detectadas nas atmosferas de Júpiteres quentes, a detecção de assinaturas moleculares, incluindo H2O, em planetas terrestres temperados é extremamente desafiadora, devido ao pequeno raio planetário e à altura da pequena escala (devido à temperatura mais baixa e presumivelmente maior média peso molecular)."
Quando se trata de exoplanetas terrestres (ou seja, rochosos), estudos anteriores foram forçados a confiar em modelos unidimensionais para calcular a presença de água. Isso consistia em medir a perda de hidrogênio, onde o vapor de água na estratosfera é decomposto em hidrogênio e oxigênio pela exposição à radiação ultravioleta. Ao medir a taxa na qual o hidrogênio é perdido no espaço, os cientistas estimam a quantidade de água líquida ainda presente na superfície.
No entanto, como o Dr. Fujii e seus colegas explicam, esses modelos se baseiam em várias suposições que não podem ser abordadas, incluindo o transporte global de calor e vapor de vapor de água, além dos efeitos das nuvens. Basicamente, modelos anteriores previram que, para o vapor de água atingir a estratosfera, as temperaturas superficiais de longo prazo nesses exoplanetas teriam que ser mais de 66 ° C (150 ° F) mais altas do que as que experimentamos aqui na Terra.
Essas temperaturas podem criar fortes tempestades convectivas na superfície. No entanto, essas tempestades não podem ser a razão pela qual a água atinge a estratosfera quando se trata de planetas em rotação lenta que entram em um estado de estufa úmido - onde o vapor de água intensifica o calor. Sabe-se que os planetas que orbitam muito perto de suas estrelas-mãe têm uma rotação lenta ou estão travados por maré com seus planetas, tornando improváveis as tempestades convectivas.
Isso ocorre com frequência em planetas terrestres localizados em torno de estrelas de baixa massa e ultra-legais do tipo M (anã vermelha). Para esses planetas, a proximidade com a estrela anfitriã significa que a influência gravitacional será forte o suficiente para desacelerar ou interromper completamente sua rotação. Quando isso ocorre, nuvens espessas se formam na margem do dia do planeta, protegendo-o de grande parte da luz da estrela.
A equipe descobriu que, embora isso possa manter o dia frio e impedir que o vapor de água suba, a quantidade de radiação infravermelha próxima (NIR) pode fornecer calor suficiente para fazer com que um planeta entre em um estado úmido de efeito estufa. Isto é especialmente verdade no tipo M e em outras estrelas anãs legais, conhecidas por produzirem mais do que o NIR. À medida que essa radiação aquece as nuvens, o vapor de água sobe para a estratosfera.
Para resolver isso, Fujii e sua equipe se basearam em modelos tridimensionais de circulação geral (GCMs) que incorporam circulação atmosférica e heterogeneidade climática. Pelo bem de seu modelo, a equipe começou com um planeta que tinha uma atmosfera parecida com a da Terra e era totalmente coberto por oceanos. Isso permitiu à equipe ver claramente como as variações na distância de diferentes tipos de estrelas afetariam as condições nas superfícies dos planetas.
Essas suposições permitiram que a equipe visse claramente como a alteração da distância orbital e do tipo de radiação estelar afetou a quantidade de vapor de água na estratosfera. Como o Dr. Fujii explicou em um comunicado de imprensa da NASA:
“Usando um modelo que simula mais realisticamente as condições atmosféricas, descobrimos um novo processo que controla a habitabilidade dos exoplanetas e nos guiará na identificação de candidatos para estudos adicionais… Encontramos um papel importante para o tipo de radiação que uma estrela emite e o efeito que ela produz. tem na circulação atmosférica de um exoplaneta para tornar o estado de estufa úmido. ”
No final, o novo modelo da equipe demonstrou que, uma vez que estrelas de baixa massa emitem a maior parte de sua luz nos comprimentos de onda NIR, um estado de estufa úmido resultará em planetas que orbitam perto deles. Isso resultaria em condições em suas superfícies comparáveis às experiências da Terra nos trópicos, onde as condições são quentes e úmidas, em vez de quentes e secas.
Além disso, o modelo deles indicava que os processos orientados por NIR aumentavam gradualmente a umidade na estratosfera, a ponto de exoplanetas que orbitam mais perto de suas estrelas permanecerem habitáveis. Essa nova abordagem para avaliar a habitabilidade potencial permitirá que os astrônomos simulem a circulação de atmosferas planetárias e os recursos especiais dessa circulação, algo que os modelos unidimensionais não podem fazer.
No futuro, a equipe planeja avaliar como variações nas características planetárias - como gravidade, tamanho, composição atmosférica e pressão superficial - podem afetar a circulação e a habitabilidade do vapor de água. Isso, juntamente com seu modelo tridimensional que leva em consideração os padrões de circulação planetária, permitirá que os astrônomos determinem a habitabilidade potencial de planetas distantes com maior precisão. Como Anthony Del Genio indicou:
“Desde que conheçamos a temperatura da estrela, podemos estimar se os planetas próximos a elas têm o potencial de estar no estado de estufa úmido. A tecnologia atual será levada ao limite para detectar pequenas quantidades de vapor de água na atmosfera de um exoplaneta. Se houver água suficiente para ser detectada, provavelmente significa que o planeta está no estado de estufa úmido. ”
Além de oferecer aos astrônomos um método mais abrangente para determinar a habitabilidade dos exoplanetas, este estudo também é uma boa notícia para os caçadores de exoplanetas que esperam encontrar planetas habitáveis em torno de estrelas do tipo M. Estrelas de massa baixa e ultra-legais do tipo M são as estrelas mais comuns no Universo, representando cerca de 75% de todas as estrelas da Via Láctea. Saber que eles poderiam apoiar exoplanetas habitáveis aumenta muito as chances de encontrar um.
Além disso, este estudo é MUITO boa notícia, dada a recente série de pesquisas que lançaram sérias dúvidas sobre a capacidade das estrelas do tipo M de hospedar planetas habitáveis. Esta pesquisa foi realizada em resposta aos muitos planetas terrestres que foram descobertos em torno das anãs vermelhas próximas nos últimos anos. O que eles revelaram foi que, em geral, as estrelas anãs vermelhas experimentam muitas labaredas e podem tirar seus respectivos planetas de suas atmosferas.
Isso inclui o sistema TRAPPIST-1 de 7 planetas (três dos quais estão localizados na zona habitável da estrela) e o exoplaneta mais próximo do sistema solar, o Proxima b. O grande número de planetas semelhantes à Terra descobertos em torno de estrelas do tipo M, juntamente com a classe de longevidade natural dessa estrela, levou muitos na comunidade astrofísica a se aventurarem que estrelas anãs vermelhas podem ser o lugar mais provável para encontrar exoplanetas habitáveis.
Com este último estudo, que indica que esses planetas podem ser habitáveis, afinal, parece que a bola está efetivamente de volta à quadra!
