de Brian Gallagher
Será o nosso planeta único? As chances são baixas. Existem trilhões de outras galáxias, cada uma com os seus bilhões de sóis. Em uma entrevista recente, Ed Young, um professor de geoquímica e cosmoquímica na Universidade da Califórnia, Los Angeles, me diz que pode ser uma aposta se um sol qualquer tem um planeta rochoso que o orbita. Mas astrônomos agora identificaram, de acordo com a NASA, mais de 4000 exoplanetas, corpos orbitando um sol diferente do nosso. "As chances estão lentamente aumentando de que existam outras Terras por aí" diz Young.
Young mesmo melhorou estas chances. Em um papel da Science publicados este mesde com o tresloucado título de "Fugacidades de oxigênio de rochas extrasolares: evidência para uma geoquímica de exoplanetas semelhantes a Terra". Young e seus coautores, empregando um método refinado de calibração da maquiagem dos exoplanetas, conclui "que ao menos alguns exoplanetas rochosos são geofísica e geoquimicamente semelhantes a Terra." Young e um de seus coautores, Alexandra Doyle, uma estudante de graduação em astroquímica, detalhou na nossa conversa, fazendo um bom trabalho definindo os termos técnicos, o que torna o seu estudo único e como oferece provas sólidas de que a Terra não está sozinha.
Você diz estar fazendo geoquímica astronômica real. Por que? Alexandra Doyle: quando as pessoas estão tentando estudar a geoquímica de exoplanetas, estão em grange parte medindo o raio e a massa do objeto. Estão tentando ver quanto de um corpo é central contra quanto é um manto ou uma crosta, e tentando fazer afirnações sobre como o corpo pareceria no todo, baseado nessas duas medidas. É bem difícil porque existem suposições que são necessárias fazer. Por instância, oxigêncio em uma estrela semelhante ao sol é bem abundante. É o terceiro elemento mais abundante, mas nas rochas é extremamente volátil, então é difícil condensá-lo em uma rocha. Então é necessário assumir qual porcentagem do oxigêncio de uma estrela é condensada em uma rocha. É difícil fazê-lo.
Ed Young: É difícil encontrar firme evidência para outras Terras. Existe muita evidência circunstancial. Mas estamos encontrando ainda mais planetas rochosos, e encontramos alguns planetas rochosos no que é chamada a zona habitável, aonde eles estão a distância exata da estrela para ter água líquida em sua superfície. É geoquímica real porque mede a composição dos planetas ao invés de apenas inferi-los.
O que você está fazendo de diferente para avançar nossa compreensão de exoplanetas?
Doyle: Estamos fazendo espectroscopia ótica, observando estrelas no espectro ótico. Estes elementos que estão caindo nas estrelas: ferro, silício, magnésio, etc. absorverão a luz que a estrela está emitindo, e é possível ver isto em um espectro. Bloqueará a luz em um comprimento de onda específico para cada elemento que é visto. Estes comprimentos de onda são conhecidos a séculos. Estas linhas de absorção podem dizer que elementos estão caindo em uma estrela, é possível modelar o quão abundantes são estes elementos.
O coração de seu trabalho está na medida da fugacidade de oxigêncio. Desvencilhando através da mente, o que significa isto?
Young: Certo. Fugacidade é uma palavra da química para pressão parcial. O que nós calculamos é a pressão parcial do oxigêncio que existiu quando as rochas foram formadas. O ar que você respira, por exemplo, é 20% oxigênio, então diríamos que a pressão parcial do oxigênio no ar é de 20% de uma atmosfera, 0,2 atmosferas. Podemos medir isto porque o ferro quer ser metal. O ferro será metal livre para seus próprios meios. Mas, na presença de oxigênio, o oxigênio roubará elétrons do ferro e então o oxigênio e o ferro compartilharão estes elétrons, eles fazem uma ligação de óxigênio-ferro. Então o ferro não mais existe como um metal mas como uma rocha.
Estamos usando o conteúdo de ferro da rocha para recalcular qual a pressão parcial do gás oxigênio quando a rocha foi formada. A quantidade de ferro que está na parte rochosa mais exterior do planeta em oposição com o cerne metálico é um sinal intrigante de qual era a pressão parcial do oxigênio quando a rocha foi feita. O registro para isto é a concentração de ferro na rocha: quantos gramas de ferro têm relativo a quantos gramas de silício, magnésio, cálcio, e outras coisas. Não vai ao espaço e não volta ao cerne. O registro está lá enquanto o planeta permanecer.
Por que é importante saber a fugacidade do oxigênio de uma rocha quando é formada?
Doyle: A fugacidade de oxigênio influencia a estrutura planetária e sua evolução. É tão importante quanto a pressão e a temperatura em determinar que tipo de minerais são dominantes nos interiores de um planeta. Isto é importante para a habitabilidade. Por instância, a fugacidade do oxigênio determinará quais elementos menores estão no cerne. Estávamos falando sobre como nosso cerne é feito de ferro e níquel. Pensamos que hajam quantias de traços de algum outro elemento lá, como silício, e isto ajuda a Terra a gerar o campo magnético. Campos magnéticos são extremamente importantes para a habitabilidade de um planeta. A fugacidade de oxigênio também afetará se são possíveis placas tectônicas, e que tipo de vulcanismo e atmosfera perseveram.
Young: As pessoas argumentaram que a existência de placas tectônicas pode ter sido essencial para a formação de vida complexa na terra. Estes são argumentos difíceis de capturar em uma frase ou duas, mas é um tema que percorre o meio da astrobiologia. Nosso estudo está profundamente removido disto, mas diz que a fugacidade de oxigênio controla as placas tectônicas, e as placas tectônicas são essenciais para a vida, bom, isto melhora as chances de que encontraríamos planetas habitáveis. É uma corrente de lógica.
Você está argumentando que exoplanetas têm mais chance do que não de ter uma geoquímica semelhante a da Terra?
Young: De forma que o sol acaba a sua formação, há um disco de gás e pó que se forma em seu redor, um disco protoplanetário, e rochas se formam deste disco por coagulação de pó e alguma condensação de mineirais do gás quente. A fugacidade de oxigênio é definida neste disco protoplanetário enquanto as rochas se formam. O disco deve parecer com o sol em composição, em sua maioria hidrogênio, seguido de hélio e oxigênio. Mas as fugacidades de oxigênio definidas pela composição do sol é ao menos 10.000 vezes menor que o que vemos em outros planetas rochosos, com a exceção de Mercúrio. Marte e a Terra são 10.000 vezes mais oxidadas que a composição do sol prediria. Então algo acontece quando os planetas aumentam o estado de oxidação do ambiente aonde foram formados.
Doyle: Há diversas hipóteses para qual este processo poderia ser. O que vemos é que quaiquer o processo que oxida estas rochas, relativo a um gás solar, também acontece em outros sistemas planetários.
Young: E isso aumenta as chances de que existam planetas semelhantes a Terra em outros lugares porque, qualquer que seja este processo, está acontecendo em outras estrelas também.
Entender as anãs brancas é chave para a sua pesquisa. O que é uma anã branca?
Doyle: Uma estrela anã branca é a última fase conhecida da evolução estelar para estrelas do tamanho de um Sol. Então, quando o sol morre, ele evolui em anãs brancas. Durante esta evolução pode ser muito caótico para os sistemas planetários que circundam a estrela. Algumas das estimativas para a morte do sol seguida de uma evolução em anã branca sugere que o nosso sol expandirá em uma gigante vermelha e engolirá Mercúrio e Vênus e talvez a Terra.
As órbitas de coisas como os asteróides serão mandadas em trajetórias muito estranhas. Até que a estrela evolua e se colapse em uma anã branca, poderá ter asteróides atirados em si. Então, se um asteróide ou corpo planetário se torne tão perto da anã branca, será esfarrapado em um disco e este material começará a cair na anã branca. Quando estamos observando estas estrelas, muitas delas é o que chamados de poluídas. Elas mostram elementos como o ferro, silício, magnésio, todos estes elementos que são necessário para formar rocha. Estamos vendo a maquiagem química das rochas em si, o que é realmente uma coisa única para estudos de exoplanetas.
Então, porque anãs brancas agem como uma fossa para todo este material do Sistema Solar, elas oferecem uma figura única do que os exoplanetas são feitos?
Young: Correto. Na verdade, estamos provavelmente vendo ou fragmentos de planetas ou asteróides que foram fazer planetas.
Como é olhar tão distante e ver planetas que parecem tão similares ao nosso?
Doyle: É assertivo. Me comforta no senso de que a geoquímica do que podemos fazer em rochas na Terra ou em rochas no Sistema Solar, também poderíamos fazer em corpos e outros sistemas solares.
Young: Também, achamos maravilhoso.
Komen