Atmosfera semelhante à da Terra poderá não sobreviver na órbita do exoplaneta Proxima b

O Proxima b, um planeta do tamanho da Terra fora do nosso Sistema Solar, situado na zona habitável da sua estrela, pode não ser capaz de “agarrar” a sua atmosfera, deixando a superfície exposta à nociva radiação estelar e reduzindo o seu potencial de habitabilidade.

A apenas 4 anos-luz de distância, Proxima b é o nosso vizinho extrassolar mais próximo. No entanto, devido ao facto de que não pode ser visto a passar em frente da sua estrela-mãe, a sua atmosfera não pode ser estudada recorrendo aos métodos habituais. Em vez disso, os cientistas apoiam-se em modelos para entender se o exoplaneta é habitável.

Um desses modelos de computador considerou o que aconteceria se a Terra orbitasse Proxima Centauri, a nossa vizinha estelar mais próxima e a estrela hospedeira de Proxima b. O estudo da NASA, publicado na revista The Astrophysical Journal Letters, sugere que a atmosfera da Terra não sobreviveria em íntima proximidade com a violenta anã vermelha.

“Decidimos pegar no único planeta habitado que conhecemos até agora, a Terra, e colocá-lo no lugar de Proxima b,” comenta Katherine Garcia-Sage, do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt e autora principal do estudo.

Só porque a órbita de Proxima b o coloca na zona habitável, que é a distância à estrela hospedeira onde a água permanece em estado líquido à superfície de um planeta, isso não significa que é habitável. Os especialistas têm de ter em conta, por exemplo, se a água existe realmente no planeta, ou se uma atmosfera consegue sobreviver naquela órbita.

As atmosferas também são essenciais para a vida como a conhecemos: uma atmosfera ideal permite a regulação do clima, a manutenção de uma pressão superficial favorável à água, a proteção contra o perigoso clima espacial e a presença dos blocos de construção química da vida.

O modelo de computador de Garcia-Sage usou a atmosfera, o campo magnético e a gravidade da Terra como homólogos para Proxima b. Também calcularam a quantidade de radiação que Proxima Centauri produz em média, com base em observações do Observatório de raios-X Chandra da NASA.

“A questão é: que percentagem da atmosfera já foi perdida, e quão depressa ocorre esse processo?” comenta Ofer Cohen, cientista espacial da Universidade de Massachusetts, em Lowell e coautor do estudo.

“Com essa estimativa, podemos calcular quanto tempo é necessário para que a atmosfera escape completamente e comparar esse valor com o tempo de vida do planeta”, destaca.

Uma estrela anã vermelha ativa como Proxima Centauri retira atmosfera quando a extrema radiação ultravioleta altamente energética ioniza os gases atmosféricos, quebrando os eletrões e produzindo uma faixa de partículas carregadas. Neste processo, os eletrões recém-formados ganham energia suficiente para poderem escapar facilmente à gravidade do planeta e saírem da atmosfera.

As cargas opostas atraem-se, por isso quando os eletrões carregados negativamente deixam a atmosfera, criam uma poderosa separação de carga que puxa com eles iões carregados positivamente, para o espaço.

Na zona habitável de Proxima Centauri, Proxima b sofre ataques de extrema radiação ultravioleta, centenas de vezes mais fortes do que os que a Terra recebe do Sol. Essa radiação fabrica energia suficiente para “despir” não apenas as moléculas mais leves – hidrogénio – como também elementos mais pesados como o oxigénio e o azoto.

O modelo mostra que a poderosa radiação de Proxima Centauri “drena” uma atmosfera parecida à da Terra até 10.000 vezes mais depressa do que acontece na nossa Terra propriamente dita.

“Este foi um cálculo simples baseado na atividade média da estrela hospedeira,” acrescenta Garcia-Sage. “Não tem em conta variações como o aquecimento extremo na atmosfera da estrela ou as violentas perturbações estelares sobre o campo magnético do exoplaneta – coisas que esperamos que forneçam ainda mais radiação ionizante e escape atmosférico.”

Factores que agravam a perda atmosférica

Para entender como é que o processo pode variar, os cientistas analisaram outros dois factores que agravam a perda atmosférica. Primeiro, consideraram a temperatura da atmosfera neutra, chamada termosfera, e descobriram que à medida que a termosfera aquece com a radiação estelar, a fuga atmosférica aumenta.

Os cientistas também consideraram o tamanho da região sobre a qual a fuga atmosférica tem lugar, chamada calote polar. Os planetas são mais sensíveis aos efeitos magnéticos nos polos magnéticos por isso, quando as linhas do campo magnético nos polos se fecham, a calote polar é limitada e as partículas carregadas permanecem presas perto do planeta. Por outro lado, ocorre uma maior fuga quando as linhas do campo magnético estão abertas, proporcionando uma via unidirecional para o espaço.

Os cientistas mostram que, com as temperaturas mais altas da termosfera e um campo magnético completamente aberto, o Proxima b pode perder uma quantidade equivalente ao total da atmosfera da Terra em 100 milhões de anos – apenas uma fração dos atuais 4 mil milhões de anos de Proxima b. Quando os cientistas assumiram as temperaturas mais baixas e um campo magnético fechado, essa mesma massa escapa ao longo de mais de 2 mil milhões de anos.

“As coisas tornam-se interessantes caso um exoplaneta consiga agarrar a sua atmosfera, mas as perdas atmosféricas de Proxima b são tão altas que a habitabilidade é improvável,” salienta Jeremy Drake, astrofísico do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica e coautor do estudo.”No geral, isto põe em causa a habitabilidade de planetas em torno de anãs vermelhas similares.”

As anãs vermelhas como Proxima Centauri ou TRAPPIST-1 são frequentemente alvo de caças exoplanetárias, porque são as estrelas mais frias, mais pequenas e as mais comuns da Galáxia. Dado que são mais frias e mais ténues, os planetas têm que manter órbitas íntimas para que a água líquida esteja presente.

Mas, a menos que a perda atmosférica seja contrariada por algum outro processo – como uma enorme quantidade de atividade vulcânica ou bombardeamentos cometários -, esta proximidade não é promissora para a sobrevivência ou sustentabilidade de uma atmosfera.