4351: Cientista procura fósforo estelar para encontrar exoplanetas potencialmente habitáveis

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Uma cientista do SwRI (Southwest Research Institute) identificou o fósforo estelar como um provável marcador na busca por vida no cosmos. As estrelas com níveis de fósforo semelhantes ao do Sol são consideradas mais propícias a hospedar planetas rochosos com o potencial de albergar vida como a conhecemos.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Uma cientista do SwRI (Southwest Research Institute) identificou o fósforo estelar como um provável marcador na busca por vida no cosmos. Ela desenvolveu técnicas para identificar estrelas susceptíveis de hospedar exoplanetas, com base na composição de estrelas que se sabe terem planetas, e propõe que os próximos estudos visem o fósforo estelar para encontrar sistemas com maior probabilidade de albergar vida como a conhecemos.

“Ao procurar exoplanetas e ao tentar ver se são habitáveis, é importante que um planeta esteja ‘vivo’ com ciclos activos, vulcões e placas tectónicas,” disse a Dra. Natalie Hinkel do SwRI, uma astrofísica planetária e autora principal de um novo artigo sobre a investigação, publicado na revista The Astrophysical Research Letters. “A minha co-autora, a Dra. Hilairy Hartnett, é uma oceanógrafa e salientou que o fósforo é vital para toda a vida na Terra. É essencial para a criação do ADN, das membranas celulares, ossos e dentes em pessoas e animais, e até mesmo para o microbioma do plâncton do mar.”

A determinação das proporções elementares para ecossistemas exoplanetários ainda não é possível, mas geralmente assume-se que os planetas têm composições semelhantes às das suas estrelas hospedeiras. Os cientistas podem medir espectroscopicamente a abundância de elementos numa estrela, estudando como a luz interage com os elementos nas camadas superiores de uma estrela. Usando estes dados, os cientistas podem inferir do que são feitos os planetas em órbita de uma estrela, usando a composição estelar como um substituto para os seus planetas.

Na Terra, os elementos-chave da biologia são o carbono, hidrogénio, azoto, oxigénio, fósforo e enxofre. Nos oceanos de hoje, o fósforo é considerado o último nutriente limitante para a vida, pois é o elemento químico menos disponível necessário para as reacções bioquímicas.

Hinkel usou o Catálogo Hypatia, uma base de dados estelares publicamente disponível que ela própria desenvolveu, para avaliar e comparar as proporções de abundância do carbono, do azoto, silício e fósforo de estrelas próximas com aquelas do plâncton marinho médio, da crosta terrestre, bem como do silicato em massa na Terra e em Marte.

“Mas existem tão poucos dados da abundância estelar do fósforo,” disse Hinkel. “Os dados do fósforo existem para apenas cerca de 1% das estrelas. Isto torna realmente difícil descobrir quaisquer tendências claras entre as estrelas, muito menos o papel do fósforo na evolução de um exoplaneta.”

Não é que as estrelas tenham necessariamente fósforo em falta, mas é difícil medir o elemento porque é detectado numa região do espectro normalmente não observada: no limite dos comprimentos de onda ópticos (visível) e da luz infravermelha. A maioria dos estudos espectroscópicos não estão ajustados para encontrar elementos nessa gama estreita.

“O nosso Sol tem uma quantidade relativamente alta de fósforo e a biologia da Terra requer uma pequena, mas perceptível, quantidade de fósforo,” continuou Hinkel. “Então, em planetas rochosos que se formam em torno de estrelas hospedeiras com menos fósforo, é provável que o fósforo não esteja disponível para a potencial vida à superfície desse planeta. Portanto, pedimos que a comunidade de abundância estelar faça das observações do fósforo uma prioridade em estudos futuros e projectos de telescópios.”

Seguindo em frente, estas descobertas podem revolucionar as selecções de estrelas-alvo para investigações futuras e definir o papel que os elementos desempenham na detecção, formação e habitabilidade dos exoplanetas.

Astronomia On-line
18 de Setembro de 2020

 

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3437: Modelos apontam para uma formação mais longa de Marte

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Uma equipa do SwRI realizou simulações de impacto de partículas suaves, em alta resolução, de vários grandes projécteis que atingiram Marte depois da formação do seu núcleo e manto. As partículas do núcleo e do manto dos projécteis têm cor castanha e verde, respectivamente, mostrando concentrações locais dos materiais assimilados no manto marciano.
Crédito: SwRI

O Sistema Solar primitivo era um lugar caótico, com evidências indicando que Marte provavelmente foi atingido por planetesimais, pequenos proto-planetas com até 1900 km em diâmetro, no início da sua história. Cientistas do SwRI (Southwest Research Institute) modelaram a mistura de materiais associados a estes impactos, revelando que o Planeta Vermelho pode ter sido formado numa escala de tempo mais longa do que se pensava anteriormente.

Uma importante questão em aberto na ciência planetária é a determinação de como Marte se formou e até que ponto a sua evolução inicial foi afectada por colisões. Esta questão é difícil de responder, dado que milhares de milhões de anos apagaram constantemente evidências de eventos iniciais de impacto. Felizmente, parte desta evolução está registada nos meteoritos marcianos. Dos aproximadamente 61.000 meteoritos encontrados na Terra, pensa-se que apenas mais ou menos 200 sejam de origem marciana, ejectados do Planeta Vermelho por colisões mais recentes.

Estes meteoritos exibem grandes variações de elementos que “gostam” de ferro, como tungsténio e platina, que têm uma afinidade moderada a alta por ferro. Estes elementos tendem a migar do manto de um planeta para o núcleo central de ferro durante a formação. As evidências destes elementos no manto marciano, amostrados por meteoritos, são importantes porque indicam que Marte foi bombardeado por planetesimais algum tempo após o fim da sua formação primária do núcleo. O estudo de isótopos de elementos específicos produzidos localmente no manto através de processos de decaimento radioactivo ajuda os cientistas a entender quando a formação do planeta ficou completa.

“Nós sabíamos que Marte recebeu elementos como platina e ouro de grandes colisões iniciais. Para investigar este processo, realizámos simulações hidrodinâmicas de impacto de partículas suaves,” disse a Dra. Simone Marchi, do SwRI, autora principal do artigo que descreve estes resultados, publicado na revista Science Advances. “Com base no nosso modelo, as colisões iniciais produzem um manto marciano heterogéneo, semelhante a um bolo de mármore. Estes resultados sugerem que a visão predominante da formação de Marte pode estar influenciada pelo número limitado de meteoritos disponíveis para estudo.”

Com base na proporção de isótopos de tungsténio nos meteoritos marcianos, argumentou-se que Marte cresceu rapidamente cerca de 2-4 milhões de anos após o início da formação do Sistema Solar. No entanto, grandes colisões precoces podem ter alterado o balanço isotópico do tungsténio, o que poderá suportar uma escala de tempo para a formação de Marte de até 20 milhões de anos, como mostra o novo modelo.

“As colisões de projécteis grandes o suficiente para terem os seus próprios núcleos e mantos podem resultar numa mistura heterogénea desses materiais no início do manto marciano,” disse a Dra. Robin Canup, vice-presidente assistente da Divisão de Ciência e Engenharia do SwRI. “Isto pode levar a interpretações sobre o momento da formação de Marte diferentes daquelas que assumem que todos os projécteis são pequenos e homogéneos.”

Os meteoritos marcianos que caíram na Terra provavelmente partiram de apenas alguns locais em redor do planeta. A nova investigação mostra que o manto marciano pode ter recebido adições variadas de materiais projectáveis, levando a concentrações variáveis de elementos siderófilos. A próxima geração de missões em Marte, incluindo planos para enviar amostras à Terra, fornecerá novas informações para melhor entender a variabilidade destes elementos nas rochas marcianas e a evolução inicial do Planeta Vermelho.

“Para entender completamente Marte, precisamos de entender o papel que as colisões mais antigas e energéticas tiveram na sua evolução e composição,” conclui Marchi.

Astronomia On-line
14 de Fevereiro de 2020

 

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1015: CIENTISTAS ENCONTRAM EVIDÊNCIAS DE ESCARAMUÇA PLANETÁRIA PRECOCE

Cientistas do SwRI estudaram o asteróide binário Pátroclo-Menoetius, vistos aqui nesta impressão de artista, para determinar que provavelmente ocorreu uma escaramuça entre os gigantes gasosos no início da história do Sistema Solar, nos seus primeiros 100 milhões de anos.
Crédito: Observatório W. M. Keck/Lynete Cook

Cientistas do SwRI (Southwest Research Institute) estudaram um par invulgar de asteróides e descobriram que a sua existência aponta para um rearranjo planetário inicial no nosso Sistema Solar.

Estes corpos, chamados Pátroclo e Menoetius, são os alvos da futura missão Lucy da NASA. Têm aproximadamente 113 km de diâmetro e orbitam-se um ao outro enquanto giram colectivamente em torno do Sol. São o único grande binário conhecido na população de corpos antigos conhecidos como asteróides troianos. Os dois enxames troianos orbitam mais ou menos à mesma distância do Sol que Júpiter, um enxame orbita à frente do gigante gasoso e o outro atrás.

“Os troianos foram provavelmente capturados durante um período dramático de instabilidade dinâmica quando ocorreu uma escaramuça entre os planetas gigantes do Sistema Solar – Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno,” afirma o Dr. David Nesvorny, cientista do SwRI. É o autor principal do artigo científico, publicado na revista Nature Astronomy. Esta agitação empurrou Úrano e Neptuno para fora, onde encontraram uma grande população primordial de pequenos corpos que se pensa serem a fonte dos objectos da actual Cintura de Kuiper, que orbitam na orla do Sistema Solar. “Muitos pequenos corpos desta Cintura de Kuiper primordial foram espalhados para o interior e alguns deles ficaram presos como asteróides troianos.”

No entanto, uma questão fundamental com este modelo de evolução do Sistema Solar é a sua cronologia. No artigo, os cientistas demonstram que a própria existência do par Pátroclo-Menoetius indica que a instabilidade dinâmica entre os gigantes gasosos deve ter ocorrido nos primeiros 100 milhões de anos da formação do Sistema Solar.

Os modelos recentes da formação de corpos pequenos sugerem que estes tipos de binários são os remanescentes dos primeiros tempos do nosso Sistema Solar, quando pares de corpos pequenos podiam formar-se directamente a partir da nuvem em colapso de “seixos”.

“As observações da Cintura de Kuiper atual mostram que binários como este eram bastante comuns nos tempos antigos,” comenta o Dr. William Bottke, director do Departamento de Estudos Espaciais do SwRI, co-autor do artigo. “Apenas alguns deles existem agora dentro da órbita de Neptuno. A questão é como interpretar os sobreviventes.”

Caso a instabilidade tivesse sido adiada muitas centenas de milhões de anos, como sugerido por alguns modelos de evolução do Sistema Solar, as colisões dentro do disco primordial de corpos pequenos teriam perturbado os binários relativamente frágeis, não deixando nenhum para ser capturado na população de troianos. As instabilidades dinâmicas anteriores teriam deixado mais binários intactos, aumentando a probabilidade de que pelo menos um deles tivesse sido capturado na população de troianos. A equipa criou novos modelos que mostram que a existência do binário Pátroclo-Menoetius indica uma instabilidade anterior.

Este modelo de instabilidade dinâmica inicial tem importantes consequências para os planetas terrestres, particularmente em relação à origem das grandes crateras de impacto na Lua, em Mercúrio e em Marte, formadas há aproximadamente 4 mil milhões de anos. Os astros que fizeram estas crateras são menos propensos a serem lançados das regiões exteriores do Sistema Solar. Isto poderá implicar que foram formados a partir de corpos pequenos remanescentes do processo de formação dos planetas terrestres.

Este trabalho salienta a importância dos asteróides troianos em iluminar a história do nosso Sistema Solar. Vamos poder aprender muito mais sobre o binário Pátroclo-Menoetius quando a missão Lucy da NASA, liderada pelo co-autor do artigo e cientista do SwRI, o Dr. Hal Levison, estudar o par em 2033, culminando uma missão de 12 anos para visitar ambos os enxames troianos.

Astronomia On-line
14 de Setembro de 2018

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