Publicado originalmente no site do INPE

As condições para o surgimento da vida em um planeta são diversas. A órbita precisa estar na zona habitável do sistema planetário, é necessário ter atmosfera em função da gravidade superficial (ou massa e tamanho) e ser geologicamente ativo. Cientistas do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e colaboradores verificaram que pode haver reserva suficiente de energia interna para potenciais planetas rochosos no disco da Galáxia, indicada pela abundância do elemento radioativo tório em estrelas gêmeas do Sol.

Os pesquisadores analisaram cuidadosamente uma amostra de 53 gêmeas solares, cujos parâmetros superficiais, massas e idades foram determinados homogeneamente de modo bastante preciso. Espectros ópticos de alta qualidade e resolução em comprimento de onda foram coletados utilizando um espectrógrafo ultraestável, chamado HARPS, que está instalado no telescópio de 3,6m do European Southern Observatory (ESO), no Chile.

Os resultados estão no artigo “Thorium in solar twins: implications for habitability in rocky planets”, recentemente publicado no Monthly Notices of Royal Astronomical Society (MNRAS).

O estudo mostra que potenciais planetas rochosos ao redor de gêmeas solares apresentam altas probabilidades de terem tectonismo, aumentando a chance da habitabilidade em planetas de qualquer massa. A pesquisa sugere condições geológicas favoráveis para o surgimento e manutenção da vida em exoplanetas rochosos, e que a vida poderia estar espalhada por todo o disco da Galáxia e ter se originado em qualquer época de sua evolução.

“Primeiro temos que lembrar que a Terra é um planeta geologicamente ativo, com terremotos e vulcões induzidos pelo tectonismo de placas continentais, que proporciona o ciclo do carbono, atuando como um termostato da atmosfera (efeito estufa) e estando intimamente ligado ao surgimento e evolução da vida na superfície terrestre”, explica André Milone, pesquisador da Divisão de Astrofísica do INPE que orienta Rafael Botelho, primeiro autor do estudo.

A tectônica de placas é causada pela convecção do material do manto, cuja energia advém tanto do decaimento radioativo de isótopos instáveis do tório, urânio e potássio, assim como do resfriamento secular de todas as camadas internas da Terra. Portanto, as concentrações iniciais destes elementos num planeta rochoso contribuem de modo indireto para a habitabilidade em sua superfície, especialmente devido aos seus tempos longos de decaimento (escalas de bilhões de anos).

Avanço científico

Até o momento, este é o mais amplo estudo da abundância do tório em gêmeas solares. Antes, pesquisadores da The Ohio State University, nos Estados Unidos, também utilizaram dados do HARPS, porém, utilizaram uma amostra restrita de apenas 13 estrelas similares ao Sol.

O doutorando em Astrofísica do INPE Rafael Botelho destaca que outra diferença com trabalhos anteriores é que a abundância do isótopo 232-Th medida em cada estrela foi corrigida do efeito de seu decaimento, que o transmuta para 228-Rd (elemento rádio) emitindo uma partícula alfa energética e fazendo diminuir sua concentração ao longo do tempo. A finalidade foi derivar a abundância inicial do tório em cada estrela estudada, a qual representaria àquela do material de onde a estrela se formou. A medição da abundância de 232-Th (principal isótopo do tório com fração de 99,98% na Terra por exemplo) foi realizada a partir da análise cuidadosa de uma linha espectral estelar em absorção(7) do Th II (tório uma vez ionizado).

“Nosso trabalho mostrou que há uma grande quantidade de energia disponível devido ao decaimento de tório para manter a convecção do manto e o tectonismo em potenciais planetas rochosos que possam existir em torno de gêmeas solares. O mais empolgante é que parece que o tório também é abundante em gêmeas solares velhas, significando que o disco da Galáxia pode estar repleto de vida, tanto no espaço quanto no tempo!”, diz Botelho.

A abundância inicial de tório foi comparada com aquelas do ferro, silício e mais dois elementos pesados (Nd e Eu). Silício, especificamente, é um indicador da espessura e massa do manto convectivo em planetas rochosos. As medidas indicaram que a razão Th/Si em gêmeas do Sol aumenta com o tempo, tendo sido maior ou, no mínimo, igual ao valor solar desde a formação do disco da Galáxia.

Glossário

Gêmeas solares: estrelas com temperatura, gravidade e composição química superficiais próximos dos valores do Sol.
Zona habitável (em um sistema planetário): região em torno da estrela definida por um intervalo de distâncias adequadas para água existir sob a forma líquida na superfície planetária.
Espectro óptico: parte visível do espectro eletromagnético (visível para visão humana).
Espectrógrafo: instrumento científico acoplado a um telescópio para registrar e analisar o espectro eletromagnético “de cores” dos corpos celestes, desde os comprimentos de onda mais curtos (ultravioleta ou violeta) aos mais longos (infravermelho).
Ciclo (geológico) do carbono: processo de circulação, associação e reuso de átomos de carbono, através do manto, crosta, atmosfera e oceanos de um planeta terrestre (Terra como protótipo). O ciclo biológico do carbono considera a contribuição dos seres vivos.
Decaimento radioativo: processo pelo qual um núcleo atômico instável emite energia (em termos de massa no seu referencial de repouso) transmutando-se em outra espécie atômica, a qual pode ser sob a forma de uma partícula alfa, uma partícula beta mais um neutrino (ou somente um neutrino) no caso de captura de elétron, ou um fóton gama (ou elétron) no caso de conversão interna.
Linha espectral estelar em absorção: diminuição do fluxo eletromagnético em um intervalo de comprimento de onda devido à presença de um átomo ou molécula. O decréscimo é proporcional à abundância numérica do elemento/molécula absorvedor considerando as condições de temperatura, pressão e densidade de massa ao longo da atmosfera estelar.

Arte: Melissa de Andrade Nunes (IAG/USP)