Cooperação entre a UFRN e Harvard mostra como o Campo Magnético foi determinante para surgimento da Vida na Terra

CfA Release 2016-06. Para divulgação: Quarta-feira, 16 de Março de 2016

Published to ApJL Letters, astro-ph:1603.03937v1 preprint; CfA-Smithsonian Harvard Press Release

Figura 1. O Sol jovem com sua Terra jovem (concepção artísitica). Os resultados da nova pesquisa mostram que o vento estelar é 50 vezes mais forte do que o vento atual medido para o Sol. Como resultado, qualquer planeta como a Terra necessitaria de um campo magnético protetor para que sua atmosfera se tornasse habitável. Os tamanhos físicos da estrela e planeta e a distância entre eles não estão em escala. [Crédito: M. Weiss / CfA]

Cerca de quarto bilhões de anos atrás a vida surgiu na Terra. Este início só foi possível porque nosso planeta possuía uma superfície rochosa, água em estado líquido e uma atmosfera espessa. No entanto, a vida floresceu graças a um outro ingrediente necessário, a presença de um campo magnético protetor. Este novo estudo é sobre uma estrela similar ao Sol jovem chamada Kappa1 Ceti. Demonstramos que o campo magnético desempenhou um papel fundamental no sentido de tornar a terra jovem propícia à vida e resistente à influência violenta do Sol jovem.

"Para ser habitável, um planeta precisa de calor, água em estado liquido, e necessita ser protegido das ações de um Sol jovem e violento", diz o principal autor do artigo, o Dr. Jose-Dias Do Nascimento, professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Brasil, e pesquisador no Centro Smithsonian de Astrofísica da Universidade de Harvard (CfA), Boston, USA.

Kappa1 Ceti, está localizado a 30 anos-luz na constelação de Cetus, ou Baleia, e é muito similar ao nosso Sol, porém mais jovem. A equipe calcula uma idade entre 400 a 600 milhões de anos, o que está de acordo com a idade estimada com base em seu período de rotação através de uma técnica pioneira desenvolvida pelo astrônomo Søren Meibom do CfA. Esta idade corresponde aproximadamente ao tempo em que a vida apareceu pela primeira vez na Terra. Tais resultados provenientes do estudo Kappa1 Ceti pode nos dar valiosa compreensão sobre a infância do nosso sistema solar.

Figura 2. Modelo teórico das linhas de campo. As linhas cinzas representam as linhas do campo magnético de Kappa1 Ceti na superfície da estrela. O vento estelar determinado para Kappa1 Ceti é 50 vezes mais forte que o vento do nosso Sol, resultando que qualquer planeta potencialmente habitável em torno de um Sol jovem precisaria de um campo magnético para proteger sua atmosfera. [Crédito: TCD/Vidotto. CfA/do Nascimento et al. ApJL Letters]

Como outras estrelas da sua idade, Kappa1 Ceti é muito ativa magneticamente. Sua superfície está marcada por muitas manchas gigantes e escuras, como as manchas solares, porém muito maiores e mais numerosas. Ela também impulsiona um fluxo constante de plasma ou gases ionizados no espaço. A equipe de pesquisadores mediu que este vento estelar é 50 vezes mais forte do que o vento solar atual.

Tal vento estelar feroz deve ter esbarrado contra a atmosfera de todos os planetas na zona habitável, com excessão dos planetas protegidos por um campo magnético. No caso extremo de um planeta sem campo magnético externo poderia ocorrer inclusive a perda da maior parte de sua atmosfera. Em nosso sistema solar, o planeta Marte sofrera este destino e tornou-se de um mundo quente com oceanos salgados para um deserto frio e seco.

A equipe modelou o forte vento estelar de Kappa1 Ceti e seu efeito sobre uma jovem Terra na zona habitável. É esperado que o campo magnético da Terra primitiva tenha sido tão forte como é hoje, ou ligeiramente mais fraco. Dependendo da resultante da força exercida, os pesquisadores descobriram que a região protegida, ou a magnetosfera da jovem Terra quando a vida surgiu na Terra, seria cerca de um terço ou metade do tamanho que se tem atualmente.

“A Terra primitiva não tinha tanta proteção como tem agora, porém foi o suficiente", diz do Nascimento.

Figure 3. O Sol jovem com sua Terra jovem (concepção artísitica). Os resultados da nova pesquisa mostram que o vento estelar é 50 vezes mais forte do que o vento atual medido para o Sol. Como resultado, qualquer planeta como a Terra necessitaria de um campo magnético protetor para que sua atmosfera se tornasse habitável. Os tamanhos físicos da estrela e planeta e a distância entre eles não estão em escala. [Crédito: Rogério Melo (Edufrn/UFRN)]

Kappa1 Ceti também mostra evidências de "super-flares" - enormes erupções que liberam de 10 a 100 milhões de vezes mais energia do que as maiores erupções já observados no nosso Sol. Flares com tanta energia podem remover a atmosfera de um planeta. Ao estudar Kappa1 Ceti, os investigadores querem saber com que frequência se produz super-flares, e portanto quantas vezes o nosso Sol pode ter passado por tais erupções em sua juventude.

Esta pesquisa foi aceita para publicação no Astrophysical Journal Letters e estará disponível online hoje.

# # #

Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a joint collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.

Para mais informações, contato:

-Dr. José-Dias do Nascimento Jr.
Astrofísico, autor líder
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
+55 84 99992-6288
jdonascimento@cfa.harvard.edu.

Figura 4. Observações feitas com o Telescópio de 2.0 metros, Bernard Lyot, no Observatório Pic du Midi na frança revelam que Kappa1 Ceti é uma estrela similar ao Sol com idade entre 400 e 600 milhões de anos. [Crédito: Jose-Dias do Nascimento]

 

 

Quando, Como, e Sob Quais Condições a Vida Surgiu na Terra?

Se um astrônomo alienígena fosse fazer um relatório sobre o nosso sistema solar, ele iria, provavelmente, fazer uma conclusão incorreta, que dos oito planetas orbitando o Sol dois deles poderiam abrigar vida. Porém, apenas um tem vida. Marte e Terra tem uma superfície quente o bastante para possuírem água líquida, mas enquanto a Terra é abençoada com oceanos, Marte é seco e sem vida. Por que?

A transição de um planeta jovem inabitável para um planeta habitável ainda é o maior enigma confrontado pela ciência. Para responder essa questão cientistas de diferentes campos dedicaram vidas inteiras e a resposta está essencialmente no estudo do Sol jovem. Como não podemos voltar no tempo, uma solução é estudar uma estrela jovem com massa, idade e abundância química imitando perfeitamente o Sol no tempo em que a vida surgiu na Terra.

 

O campo magnético do Sol jovem e a zona "Cachinhos Dourados"

A zona habitável é também chamada de zona "Cachinhos Dourados", uma metáfora ao conto de fadas infatil. A zona habitável é definida como a distância que o planeta tem que estar da sua estrela para que possa existir água líquida. Na verdade, nós temos um método para determinar onde deve haver vida em um outro planeta e esse método é baseado apenas na distância, não levando em conta a interação magnética entre o planeta jovem e a estrela jovem.

O nosso Sol está constantemente lançando radiação fatal e partículas, sendo isso um fator chave para o entendimento da origem, evolução e manutenção da vida. As partículas e o ambiente magnético definem o tipo de interação entre o planeta e a estrela. No caso de planetas magnetizados, como a Terra que desenvolveu um campo magnético há pelo menos quatro bilhões de anos, esses campos magnéticos atuam como obstáculos para o vento solar, desviando-o e protegendo a atmosfera e ionosfera planetária contra o impacto direto dos ventos solares de plasma e de partículas de alta energia.

Para determinar a intensidade do campo magnético no momento em que a vida surgiu na Terra, astrofísicos, liderados pelo professor José-Dias do Nascimento (Professor da UFRN, Natal, Brasil e Cientista do Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, CfA), observaram com um espectropolarímetro um genuíno Sol Jovem - Kappa1 Ceti, e rescontruíram o seu campo magnético superficial em larga escala para obter o ambiente magnético, ventos solares e o fluxo de partículas permeando o meio interplanetário.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 5. Topologia magnética em larga escala de κ1 Ceti em diferentes fases de rotação indicado no lado esquerdo da figura. O gif animado mostra a inclinação das linhas de campo sobre a superfície estelar, com setas vermelhas e azuis representando valores positivos e negativos do campo radial, respectivamente. [ApJL/CfA-Harvard/UFRN/do Nascimento et al. 2016]

 

Por que Kappa1 Ceti ?

Entre as análogas solares, Kappa1 Ceti (κ1 Cet, HD 20630, HIP 15457) uma jovem estrela anã G5 gêmea solar próxima com V = 4.85 e idade entre 0.4 e 0.6 bilhões de anos, se mostra tendo uma massa potencialmente muito próxima à do Sol e a mesma idade do Sol quando a janela favorável à origem da vida abriu na Terra, hà cerca de 3.8 bilhões de anos. Isso corresponde ao período onde as condições físico-químicas e geológicas se tornaram estáveis, logo após pesado bombardeamento. Como o Sol nesse estágio, o ambiente de radiação de Kappa1 Ceti determinou as propriedades e a composição da atmosfera planetária próxima e forneceu um importante vínculo do papel exercido pela proteção magnetosférica da Terra no momento crítico no período Arqueano, quando a vida surgiu Terra. Essa é, também, a época que Marte perdeu seu reservatório de água líquida no final do período Noachiano há cerca de 3.7 bilhões de anos. Os estudos baseados em Kappa1 Ceti pode também esclarecer as implicações biológicas das partículas de alta energia nesse período. Tal estudo requer análises cuidadosas em estrelas brilhantes adequadas nesse período de estado evolutivo. Kappa1 Ceti é um laboratório único para entender a atividade solar quando a vida se desenvolveu na Terra. Perfeito para entender como o campo magnético inicial afetou a Terra nos seus primórdios e também para entender como um alto fluxo de partículas e raios-X coronais e um alto fluxo de radiação UV de uma forte atividade solar pode ter afetado a evolução da vida.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"Estudando Kappa1 Ceti, que é uma estrela similar ao Sol jovem, nós podemos inferir quais foram as condições da Terra jovem da perspectiva de uma interação entre o planeta e a estrela central quando a vida estava emergindo na Terra”, diz o Dr. José-Dias.

“Kappa1 Ceti é considerada uma excelente candidata para abrigar planetas terrestres, ainda não detectados. Astrônomos já sabem que estrelas jovens eram muito mais ativas magneticamente que o nosso Sol, mas agora nós medimos a intensidade do campo magnético nesse momento crítico para uma genuína estrela similar ao Sol com uma idade no momento em que a vida surgiu na Terra”

A topologia complexa do campo magnético de Kappa1 Ceti dá origem à direções e forças não uniformes ao longo de uma possível órbita planetária. Nosso modelo de vento estelar para Kappa1 Ceti mostra uma taxa de perda de massa 50 vezes maior que a taxa de perda de massa do vento solar atual, resultando em uma alta interação entre o vento estelar e um hipotético planeta tipo Terra .

 

Qual a idade de Kappa1 Ceti ?

Essa é uma das perguntas mais difíceis que pode se fazer para um estrela. Para Kappa1 Ceti nós usamos diferentes aproximações complementares para determinar sua idade. Nós medimos o Prot médio da superfície estelar usando as curvas de luz obtidas com o MOST (Microvariability and Oscillations of Stars). O MOST observou Kappa1 Ceti continuamente por semanas. Nós extraímos o Prot e esse valor nos permitiu derivar uma idade independente (da isocronia clássica) de Kappa1 Ceti usando girocronologia. A idade girocronológica de Kappa1 Ceti que derivamos é de 0.6 - 0.7 bilhões de anos, consistente com as previsões de outro time e de idades determinadas de traços evolutivos.

Os dados espectropolarimétricos de Kappa1 Ceti foram coletados com o Espectropolarímetro NARVAL no Telescópio Bernard Lyot, de 2.0m, no Observatório Pic du Midi, França, localizado a 2877m de altitude. NARVAL inclui um polarímetro acromático com montagem Cassegrain e um bench-mounted cross-dispersed echelle spectrograph. No modo polarimétrico, NARVAL tem uma resolução espectral de cerca de 65,000 e cobre todo o domínio ótico em uma única exposição, com uma cobertura espectral quase contínua variando entre 370nm e 1000nm.

Figura 6. Vídeo do Telescópio Bernard Lyot, de 2.0 m, no Observatório Pic du Midi, França.[Crédito: Romain Montaigut]

 

O time é composto por:

  • José-Dias do Nascimento Jr, Astrophysicist, lead author - Scientist at Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, MA, USA; Professor at Departamento de Física, Univ. Federal do Rio G. do Norte, UFRN, Brazil;

Co-autores:

  • S. Meibom - Scientist at Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, MA, USA;
  • A.A. Vidotto - Scientist at Trinity College Dublin, College Green, Dublin 2, Ireland;
  • P. Petit, - Scientist at Univ. de Toulouse, UPS-OMP, Inst. de R. en Astrop. et Planetologie, France; 5CNRS, IRAP, 14 Av. E. Belin, Toulouse, France;
  • C. Folsom - Scientist at Univ. Grenoble Alpes, IPAG, Grenoble, France;
  • S. Marsden - Professor at Computational Engineering and Science Research Centre, University of Southern Queensland, Toowoomba, Australia;
  • J. Morin - Scientist at LUPM-UMR5299, Univ. de Montpellier, France;
  • G. F. Porto de Melo - Professor at Observatório do Valongo, UFRJ, L do Pedro Antonio, RJ, Brazil.
  • S.V. Jeffers - Scientist at fur Astrophysik, G.-August-Univ.,Goettingen, Germany.
  • I. Ribas - Scientist at Institut de Ciències de l’Espai (CSIC-IEEC), Carrer de Can Magrans, s/n, Campus UAB, Bellaterra, Spain;
  • M. Castro - Professor at Univ. Federal do Rio G. do Norte, UFRN, Dep. de Física, Brasil;
  • E. Guinan - Professor at Univ. of Villanova, Astron. Department, PA ,Pennsylvania, US;

Theme by Danetsoft and Danang Probo Sayekti inspired by Maksimer