Crédito da imagem: John Rowe
A busca por planetas semelhantes à Terra começa com a busca de estrelas semelhantes ao Sol. Pediu-se à astrônoma Maggie Turnbull que fizesse uma pequena lista de trinta estrelas candidatas que se aproximavam do nosso próprio Sol de uma lista total de 2.350 estrelas que estão a cem anos-luz de nós. Esta pequena lista, incluindo 37 Gem, será usada pela missão do Localizador de Planetas Terrestres, que procurará planetas habitáveis procurando a luz visível de oxigênio ou água em um planeta semelhante à Terra - um sinal seguro de vida.
A trigésima sétima estrela mais ocidental da constelação, Gêmeos, é uma estrela amarelo-laranja como o nosso próprio sol. A estrela é chamada 37 Geminorum, mas para a astrofísica Margaret Turnbull, a estrela é especial porque oferece um estudo de caso para considerar o que pode ser considerado um bom candidato para abrigar planetas habitáveis.
Ao construir sua lista de estrelas que podem sustentar planetas com água líquida e oxigênio, ela precisa excluir sóis extremos: jovens ou velhos demais, que giram rápido demais ou que têm brilho suficiente para causar um caos climático em qualquer ambiente. mundo próximo.
A uma distância de 56,3 anos-luz de distância, a estrela 37 Gem ainda não mostrou sinais de ter tais planetas, ou quaisquer planetas - mas os futuros telescópios da NASA e da Europa estão procurando atingir estrelas como a 37 Gem, uma vez que podem compartilhar algumas das mesmas propriedades que tornaram nosso próprio sistema solar habitável. Mais de 100 planetas extra-solares foram encontrados até agora usando telescópios terrestres, e as estimativas para o total desses planetas em nossa galáxia podem totalizar bilhões de mundos candidatos.
Trabalhando na Universidade do Arizona em Tucson, Maggie Turnbull foi convidada a fazer uma pequena lista de trinta candidatos estrelados que mais se assemelhavam a outros sóis capazes de apoiar as condições para a vida florescer. O início de sua pesquisa entre estrelas, a menos de cem anos-luz de distância, rendeu cerca de 2.350 estrelas a serem consideradas.
Turnbull apresentou recentemente seus resultados a um grupo de cientistas do projeto de telescópio espacial da NASA, o Terrestrial Planet Finder (TPF), que procurará planetas habitáveis usando luz visível com a “assinatura” de água e / ou oxigênio de uma Terra. tipo planeta. Após o lançamento programado da TPF por volta de 2013, seguirá o projeto europeu de Darwin, envolvendo seis telescópios espaciais.
A lista estelar foi reduzida de uma lista ainda maior (17.129 estrelas em 450 anos-luz, ou 140 parsecs), que Turnbull e a consultora Jill Tarter, do Instituto SETI, publicaram pela primeira vez no Astrophysical Journal. A lista ficou conhecida como o Catálogo de Sistemas Estelares Habitáveis Próximos (ou HabCat). O artigo publicado em agosto, intitulado "Seleção de alvos para o SETI: I. Um catálogo de sistemas estelares habitáveis próximos", expandiu as listas de candidatos anteriores em quase dez vezes, ou em ordem de grandeza.
Para suportar uma vida complexa, uma estrela candidata deve ter a cor, o brilho e a idade certos. Se for uma estrela de meia idade como a nossa, ela terá queimado elementos de fusão suficientes para produzir metais mais pesados como ferro, mas não tão velha que esteja entrando em colapso ou tão jovem que a vida é apenas uma perspectiva futura distante. Com base nos fragmentos que sabemos sobre como a vida complexa apareceu na Terra, a pesquisa de Turnbull visa encontrar os 'Cachinhos Dourados' de estrelas que parecem 'exatamente corretas'.
Então, por que 37 Gem?
37 Geminorum fica na parte noroeste da constelação de Gêmeos, em homenagem aos gêmeos. Para astrônomos amadores com um bom telescópio no quintal, 37 Gem é visível. Na mitologia grega, os gêmeos de Gêmeos navegaram com Jason na busca pelo Tosão de Ouro; durante uma tempestade, os gêmeos ajudaram a salvar seu navio ARGO de afundar, e assim a constelação se tornou muito valorizada pelos marinheiros.
A maioria das estrelas, como a Gem 37, está agrupada em um pequeno número de classes espectrais, com base aproximadamente na cor da luz que emitem. Chamado de Henry Draper Catalog, o compêndio de estrelas lista classes espectrais em sete categorias amplas, das estrelas mais quentes às mais legais. Esses tipos são designados, em ordem decrescente de temperatura, pelas letras O, B, A, F, G, K e M. A nomenclatura está enraizada em idéias obsoletas há muito tempo sobre evolução estelar, mas a terminologia permanece. Nosso sol, classificado em uma escala mais fina como um anão típico 'G2V', tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos. A estrela candidata, 37 Gem, é igualmente de meia-idade, mas um pouco mais velha em um bilhão de anos, com 5,5 bilhões de anos.
Os espectros de estrelas do tipo G, como a nossa (e a 37 Gem), são dominados por certos elementos químicos, sinalizados por suas linhas espectrais (ou emissões) características. Os elementos de maior interesse atual são os metais, particularmente as assinaturas em estrela ricas em ferro, cálcio, sódio, magnésio e titânio. Em termos astronômicos, em comparação com a classificação do nosso sol como um anão G2V típico, a 37 Gem tem uma temperatura superficial ligeiramente mais quente. Assim, a escolha principal de Turnbull - 37 Gem - é catalogada como uma anã G0V - o que significa que também é uma estrela anã de seqüência principal amarelo-laranja. Como as estrelas G são caracterizadas pela presença dessas linhas metálicas e por um espectro fraco de hidrogênio, elas compartilham uma idade, massa e luminosidade comuns.
Caso contrário, o 37 Gem está próximo de nosso próprio gêmeo solar, ou um equivalente do Gêmeos ao Sol: 1,1 vezes a massa do nosso sol, 1,03 vezes o seu diâmetro e 1,25 vezes a sua luminosidade.
As luminosidades são “talvez as informações mais importantes”, disse Turnbull à Astrobiology Magazine, “usamos para determinar a habitabilidade das estrelas próximas” para uma vida complexa, porque a luminosidade indica em qual fase da vida a estrela está e que, por sua vez, determina quanto tempo a estrela permanecerá estável.
A Astrobiology Magazine teve a oportunidade de conversar com Maggie Turnbull, no Steward Observatory, em Tucson, sobre como selecionar candidatos estelares para a habitabilidade.
Revista Astrobiologia (AM): Sua pesquisa recente começou a olhar a cerca de 100 anos-luz de distância do nosso Sol e todas as estrelas para dentro desse raio, correto? Essa foi a esfera visual para iniciar a pesquisa?
Margaret Turnbull (MT): Existem cerca de 2.350 estrelas de Hipparcos em 30 parsecs (90
anos), a distância máxima para a missão Localizador de Planetas Terrestres (TPF). Existem cerca de 5.000 estrelas no total a essa distância, mas estamos apenas olhando as estrelas de Hipparcos, então minha lista inicial tem 2.350 estrelas.
SOU: Você já pegou um telescópio no quintal para ver a 37 Gem?
MT: Certamente deve ser visível com um telescópio no quintal, mas não, eu não olhei para ele com meus próprios olhos! Por causa da fotometria (medindo seu brilho) e espectroscopia (medindo sua composição) que olhei, sinto que o “conheço” sem nunca ter visto.
No entanto, há mais observações a serem feitas para 37 gemas. Por exemplo, precisamos realizar imagens infravermelhas de alta resolução desta estrela antes de podermos dizer que deve ser um alvo. Se descobrirmos que há muitos detritos flutuando, teremos que retirá-la da lista.
SOU: A estrela, 37 Gem, era muito diferente do número dois da lista dos trinta melhores candidatos?
MT: Na verdade, as "melhores" estrelas são todas muito parecidas entre si e, na realidade, não faz muito sentido tentar classificá-las. Por acaso, a Gem é uma das estrelas mais próximas que também satisfaz os critérios de engenharia, portanto, neste momento, parece um ótimo candidato para a pesquisa de TPF.
SOU: Só por curiosidade, que estrela era oficialmente o número dois na lista?
MT: Quando você só olha para trinta estrelas, é melhor que elas sejam "número um". Ou seja, toda estrela que observamos deve ser de interesse primário da missão, porque não temos tempo a perder. Ainda estamos no processo de definir com precisão o objetivo principal da missão.
Se o objetivo é observar a variedade de tipos espectrais, as estrelas principais podem incluir estrelas K ou M muito próximas, mas se o objetivo é observar 30 das estrelas mais parecidas com o Sol, estrelas como 18 Sco (uma fonte solar). gêmeos com 14 parsecs no Constellation Scorpius), beta CVn (o “cão de caça”) ou 51 Peg (“Pegasus”, o cavalo voador) podem acabar sendo nossas melhores apostas.
SOU: Há um ou dois dados ausentes que ajudariam a classificação a aprimorar melhor os candidatos a estrela?
MT: Neste momento, a imagem infravermelha de alta resolução é a parte que falta dos dados que definitivamente precisamos. Precisamos saber se essas estrelas possuem discos empoeirados que dificultariam a detecção de planetas que orbitam por lá.
O Sol tem uma quantidade substancial de poeira zodiacal porque Júpiter está constantemente mexendo no cinturão de asteróides e, à medida que os asteróides colidem, eles adicionam poeira ao Sistema Solar.
Um nível semelhante de poeira ao redor de outras estrelas pode não arruinar nossas chances de ver planetas, mas certamente gostaríamos de manter isso no mínimo.
SOU: Quais são seus planos futuros para a lista estelar de apoio às missões do Localizador de Planetas Terrestres e Darwin?
MT: Ainda não apresentei minha lista 'final' ao grupo de trabalho científico da TPF nos dias 18 e 19 de novembro no Observatório Naval dos EUA, durante uma reunião com outras pessoas que estão criando suas próprias listas.
Eu já apresentei minha metodologia ao grupo, mas agora nos encontraremos com engenheiros que nos explicarão as restrições do instrumento e precisaremos refinar ainda mais a lista para acomodar seus critérios.
Seus critérios incluirão coisas como: não pode haver uma estrela companheira dentro de vários segundos de arco, mesmo que a companheira não se preocupe com a estabilidade do planeta, porque a luz extra contaminará o campo de visão; não consegue ver estrelas mais fracas que a sexta magnitude; só pode observar estrelas a pelo menos 60 graus de distância do Sol durante o ano inteiro etc.
SOU: Você publicou seu primeiro catálogo de estrelas habitáveis em agosto deste ano e há uma parte dois nessa classificação. Quais são os principais planos para a Parte II do HabCat?
MT: Jill Tarter e eu submetemos recentemente um segundo artigo sobre a lista de alvos do SETI que aparecerá nos Suplementos ao Jornal Astrofísico em dezembro. Este artigo fornece uma lista de aglomerados abertos antigos e de alta metalicidade, as 100 estrelas mais próximas, independentemente do tipo estelar, e cerca de 250.000 estrelas da sequência principal do Catálogo Tycho, as quais serão observadas pelo ATA (Allen Telescope Array) sempre que um HabCat estrela não está disponível para nós observarmos.
O feixe principal do ATA será apontado pelos radioastrônomos e eles farão mapas de resolução muito alta de seus próprios alvos, enquanto ao mesmo tempo estaremos observando estrelas do HabCat (ou estrelas de nossas listas no Documento 2) para o SETI.
SOU: Finalmente, as missões Kepler e TPF estão planejando os tipos de aprimoramentos que permitiriam detectar mais planetas do tamanho da Terra, não apenas gigantes gasosos, para uma determinada estrela em suas pesquisas?
MT: Sim. Kepler nos dará uma indicação de quão comuns são os planetas terrestres observando milhares de estrelas parecidas com o Sol por "trânsitos" - eventos onde o planeta realmente passa na frente da estrela que está orbitando e bloqueia temporariamente um pouco da luz da estrela.
O Localizador de Planetas Terrestres acompanhará isso, na verdade imaginando planetas orbitando as estrelas mais próximas e nos dizendo se esses planetas têm átomos atômicos, usando espectros.
Podemos procurar água, oxigênio e dióxido de carbono e, se tivermos sorte, podemos ver algumas indicações diretas de vida na forma de uma assinatura de vegetação ou forte desequilíbrio atmosférico, como a presença simultânea de oxigênio e metano (devido a presença simultânea de plantas e bactérias metanogênicas na Terra).
Qual é o próximo
Qualquer missão para detectar e caracterizar espectroscopicamente planetas terrestres em torno de outras estrelas deve ser projetada para que ele possa detectar diversos tipos de planetas terrestres com um resultado útil. Essas missões estão agora em estudo - o Terrestrial Planet Finder (TPF), da NASA, e Darwin, da ESA, a Agência Espacial Européia. O principal objetivo do TPF / Darwin é fornecer dados aos biólogos e químicos atmosféricos.
O conceito TPF / Darwin depende da suposição de que é possível rastrear espectroscopicamente os planetas extra-solares. Para que tal suposição seja válida, devemos responder às seguintes perguntas. O que torna um planeta habitável e como eles podem ser estudados remotamente? Quais são os diversos efeitos que a biota pode exercer sobre os espectros das atmosferas planetárias? Que falsos positivos podemos esperar? Quais são as histórias evolutivas das atmosferas? E, especialmente, quais são indicadores robustos da vida?
TPF / Darwin deve pesquisar estrelas próximas em busca de sistemas planetários que incluam planetas de tamanho terrestre em suas zonas habitáveis (planetas “semelhantes à Terra”). Através da espectroscopia, TPF / Darwin deve determinar se esses planetas têm atmosferas e estabelecer se são habitáveis.
A missão Kepler também está programada para ser lançada em órbita solar em outubro de 2006. O Kepler tem como objetivo determinar a frequência de planetas internos próximos à zona habitável de uma ampla gama de estrelas. Kepler observará simultaneamente 100.000 estrelas em nossa “vizinhança” galáctica, procurando por planetas do tamanho da Terra ou maiores dentro da “zona habitável” em torno de cada estrela - a zona não muito quente, nem muito fria, onde a água líquida pode existir um planeta.
Para destacar a dificuldade de detectar um planeta do tamanho da Terra que orbita uma estrela distante, o principal investigador de Kepler, William Borucki, da NASA Ames, aponta que seriam necessárias 10.000 terras para cobrir o disco do Sol. Uma estimativa da NASA diz que Kepler deve descobrir 50 planetas terrestres se a maioria dos encontrados for do tamanho da Terra, 185 planetas se a maioria for 30% maior que a Terra e 640 se a maioria tiver 2,2 vezes o tamanho da Terra. Além disso, espera-se que Kepler encontre quase 900 planetas gigantes próximos às suas estrelas e cerca de 30 gigantes orbitando a distâncias semelhantes a Júpiter das estrelas-mãe.
Como a maioria dos planetas gigantes gasosos encontrados até agora orbita muito mais perto de suas estrelas do que Júpiter faz com o Sol, Borucki acredita que durante a missão de quatro a seis anos, Kepler encontrará uma grande proporção de planetas bem próximos das estrelas. Se isso for verdade, ele diz: "Esperamos encontrar milhares de planetas".
Usando os métodos atuais, os astrônomos hoje acham muito difícil detectar um planeta do tamanho da Terra ao redor da estrela 37 Gem. No entanto, análises anteriores descartaram algumas opções. Por exemplo, um planeta gigante como o nosso próprio Júpiter ou Saturno não orbita em torno de 37 gemas. Esses estudos sugeriram que planetas gigantes de um décimo a 10 vezes a massa de Júpiter não existem perto de 37 gemas (entre 0,1 a quatro unidades astronômicas, ou uma distância terra-sol, AUs, veja também Cummings et al, 1999). . Devido aos desafios de encontrar planetas fracos perto de estrelas muito mais brilhantes, quase todos os planetas extra-solares encontrados até agora são como o nosso Júpiter - maciço, provavelmente gasoso e improvável que abrigue condições de vida devido à sua proximidade com uma estrela-mãe .
Mas condições em torno de 37 Gem podem suportar planetas internos menores, como Vênus ou Terra. Ninguém sabe. Somente pesquisas futuras terão a instrumentação capaz de encontrar esses planetas semelhantes à Terra.
Modelos de estrelas como 37 Gem, no entanto, suportam a possível existência de pelo menos uma órbita estável para um planeta semelhante à Terra (com água líquida) centrado em torno de uma distância terra-sol (1,12 AU). Um planeta tão presumido orbitaria entre as distâncias da Terra e Marte em nosso Sistema Solar. Este planeta não descoberto, se puder ser detectado em estudos futuros, terá um ano que dura mais de 450 dias, ou um período orbital de cerca de 1,3 anos-Terra.
Como a vida geradora de oxigênio na Terra levou cerca de dois bilhões de anos para se firmar, estrelas muito mais jovens que isso provavelmente não teriam tempo suficiente para que a vida evoluísse em direção a formas complexas. Dados os bilhões de anos necessários para a evolução da vida na Terra, os cientistas poderiam questionar se a vida teria uma chance em um sistema solar de vida mais curta. Estrelas mais quentes e massivas sempre foram consideradas menos propensas a abrigar vida, mas não porque seriam muito quentes. Os planetas ainda podem desfrutar de climas temperados, um pouco mais longe do que a Terra é do Sol, e em órbitas mais distantes da sua própria estrela-mãe. O primeiro problema da habitabilidade é o tempo, não a temperatura. Estrelas mais quentes tendem a queimar mais rápido - talvez rápido demais para que a vida se desenvolva lá.
Fonte original: Revista Astrobiology
