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set 03

Zona Habitável na Galáxia, o que significa isso?

Zona de Habitação Galáctica e zona de Habitação Estelar

A visão conservadora do conceito da zona de ‘cachinhos dourados’ mostra uma comparação entre Zona de Habitação Galáctica (ZHG) e Zona de Habitação Estelar (ZHE)

Para abrigar vida complexa, um sistema estelar deve estar suficientemente próximo ao centro de sua galáxia para possuir um nível elevado de metalicidade (é necessária a presença massiva no sistema estelar de elementos pesados, acima do hidrogênio e hélio na tabela periódica) para permitir a formação de planetas rochosos, do tipo terrestre, que permitam o suporte a vida como a conhecemos, segundo os conceitos da “habitabilidade planetária.

Além de permitir a formação dos planetas telúricos*, os elementos mais pesados formam a base das complexas moléculas da vida como conhecemos (proteínas, aminoácidos, DNA, etc…) e compõem os processos energéticos necessários ao seu desenvolvimento.

* Um planeta telúrico (do latim Tellus um sinônimo de Terra) ou planeta sólido é um planeta rochoso do mesmo tipo que a Terra. No Sistema Solar os planetas telúricos são Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. Estão mais próximos do Sol, e têm maior densidade que os planetas gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno). São compostos basicamente de rochassilicatos), ferro e outros metais pesados.

Por outro lado, o sistema planetário candidato a hospedar vida tem que residir longe do conturbado e inóspito centro galáctico, para permanecer livre dos danos causados pelas radiações daninhas nas complexas moléculas de DNA (ou equivalentes), que regem a vida baseada em carbono. Além da concentração de estrelas no núcleo galáctico, grande parte das estrelas residentes por lá são antigas e muitas delas estão em fase terminal, saindo ou já fora da seqüência principal. Uma vez que os planetas telúricos se formam a partir dos mesmos tipos de nebulosas que criam as estrelas, parece razoável inferir que se novas estrelas não se formam mais no núcleo galáctico, também não temos a geração de novos planetas rochosos.

O que há em nossa vizinhança galáctica?

A bolha local (The Local Bubble, em negro) e as vizinhanças do Sol, no braço espiral de Órion: em laranja as nuvens moleculares e em cinza as nuvens de gás difuso. A remanescente de supernova Vela SNR aparece em rosa e a nebulosa de Gum (Gum Nebula) em verde. Nota-se aqui as enormes dimensões dessa nebulosa. Crédito ©: Linda Huff (American Scientist), Priscilla Frisch (U. Chicago)

A bolha local (The Local Bubble, em negro) e as vizinhanças do Sol, no braço espiral de Órion: em laranja as nuvens moleculares e em cinza as nuvens de gás difuso. A remanescente de supernova Vela SNR aparece em rosa e a nebulosa de Gum (Gum Nebula) em verde. Nota-se aqui as enormes dimensões dessa nebulosa. Crédito ©: Linda Huff (American Scientist), Priscilla Frisch (U. Chicago)

No mapa acima estão dispostos os objetos mais relevantes em uma visão de 1.500 anos-luz, descobertos a partir de várias observações e deduções. O Sol atualmente está passando através da Nuvem Local Interestelar (LIC – Local Interstellar Cloud), mostrada em violeta, que está flutuando para fora do aglomerado Scorpius-Centaurus de jovens estrelas. A Nuvem Local Interestelar reside uma cavidade de baixa densidade no meio interestelar (ISM – InterStellar Medium) chamada de Bolha Local, em preto. Nas proximidades temos as nuvens moleculares de alta densidade: a regiões de formação de estrelas, os berçários estelares, como Aquila Rift, mostradas em laranja.

Aquila Rift fotografado pelo Herschel em abril/2011. Créditos©: ESA/Herschel/SPIRE/PACS/Ph. André (CEA Saclay) para o ‘Gould Belt survey’ Key Programme Consortium

O Sistema Solar apresenta características raras?

Uma das características incomuns do Sol consiste em sua órbita quase circular em torno do centro da galáxia. Ao compararmos este fato com as características das órbitas de outras estrelas com a mesma idade, classe espectral equivalente e níveis similares de metalicidade, nós notamos que além da reduzida excentricidade a órbita solar se apresenta praticamente no mesmo plano do disco galáctico. Além disso, a circularidade da órbita solar previne que o nosso sistema planetário se aproxime de áreas internas da Via Láctea onde abundam perigosas supernovas. Além disso, a pequena inclinação de sua órbita em relação ao plano galáctico evita que o Sistema Solar cruze o mais denso disco galáctico abruptamente, o que provocaria uma agitação da nuvem de Oort e provocaria um forte aumento nas incursões de cometas ameaçadores a evolução da vida no sistema solar interior.

Além disso, o Sol está orbitando muito perto do ‘raio de co-rotação’ da galáxia, onde a velocidade angular dos braços espirais galácticos é coincidente com a velocidade de rotação de suas estrelas internas. Como resultado prático, o Sol raríssimas vezes se submete a atravessar os braços galácticos, prevenindo encontros perigosos com supernovas que ocorrem com muito mais freqüência nessas regiões de grande atividade e concentração de estrelas e nebulosas.

Estas circunstâncias excepcionais que o Sol apresenta podem ter contribuído substancialmente para a evolução da vida até os altos níveis de complexidade atuais e até para o surgimento da inteligência humana. Considerando estes cenários favoráveis, Guillermo Gonzalez (astrônomo da Iowa State University), calculou que menos de 5% das estrelas da Via Láctea se beneficiam de uma órbita tão estimulante para o desenvolvimento da vida complexa. Entretanto, outros astrônomos sugerem que muitas estrelas próximas ao Sol também se movem em órbitas galácticas similares.

Onde fica a Zona de Habitação da Via Láctea?

Apenas cerca de 10% das estrelas da Via Láctea residem em recente definição do conceito de Zona de Habitação da Galáxia onde há condições quimicas e ambientais que permitem a evolução da vida complexa.

Apenas cerca de 10% das estrelas da Via Láctea residem em recente definição do conceito de Zona de Habitação da Galáxia onde há condições quimicas e ambientais que permitem a evolução da vida complexa. A ZHG foi realçada em verde claro nesta imagem.

Em tese, na Via Láctea, a ZHG, ou ‘Goldilocks Zone’ (Zona dos ‘Cachinhos Dourados’) é supostamente delimitada por uma região em expansão lenta ao redor de 25.000 anos luz (8.000 parsecs) do núcleo galáctico contendo estrelas com 4 a 8 bilhões de anos de idade. Outras galáxias podem diferir em suas composições químicas e assim podem ter zonas de habitação galácticas maiores ou menores ou até casos extremos de não apresentar nenhuma ZHG, como nas envelhecidas galáxias elípticas.

A ZHG é um assunto controverso

a) Visão otimista (não existe ZHG!)

Diferentemente do conceito da ZHE, o tema ZHG é polêmico entre os cientistas. Por exemplo, Nikos Prantzos, cientista do Instituto de Astrofísica de Paris, em seu trabalho On the “Galactic Habitable Zone”, publicado em dezembro de 2006, critica duramente a premissas da teoria da ZHG, declarando no abstract do seu artigo:

“O conceito de Zona Habitável Galáctica (ZHG) foi introduzido há alguns anos como uma extensão do conceito mais antigo da Zona de Habitação Estelar (ZHE). Entretanto, os processos físicos concernentes aos conceitos da ZHG são difíceis de serem identificados e conseqüentemente quantificados. Estes obstáculos não nos permitem, no momento atual, deduzir quaisquer conclusões significativas sobre a extensão real da ZHG: é possível que o disco inteiro da Via Láctea seja adequado a existência da vida complexa.”

b) Visão intermediária (ZHG é um anel galáctico)

Em janeiro de 2004, três cientistas (Charles H. Lineweaver, Yeshe Fenner e Brad K. Gibson) publicaram na Science AAS o artigo The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way, onde defendem uma posição moderada sobre o conceito de ZHG:

“Nós modelamos a evolução da Via Láctea para traçar a distribuição no espaço e no tempo dos quatro pré-requisitos para a existência da vida complexa: a presença de uma estrela hospedeira, quantidade de elementos pesados suficientes para formar planetas telúricos, tempo suficiente para a evolução biológica e um ambiente livre de supernovas exterminadoras. Nós identificamos como a Zona de Habitação Galáctica (ZHG) uma região anular entre 7.000 a 9.000 parsecs de distância do núcleo central galáctico que se estende com o tempo e é composto de estrelas que se formaram entre 8 e 4 bilhões de anos atrás. Esta ZHG delimita a uma distribuição da idade em que a vida complexa poderia habitar a galáxia. Encontramos que 75% das estrelas dentro da ZHG são mais velhas que o Sol.”

c) Visão pessimista (áreas restritas!)

R. Mark Elowitz contraria frontalmente o ‘otimismo’ de Nikos Prantzos:

“Nossa galáxia é uma das mais massivas galáxias do grupo local de galáxias, o que a torna única, de certa forma. Nosso sistema solar parece ter algumas qualidades únicas que tornam nossa estrela capaz de suportar uma zona de habitação que permite a existência da água líquida em nosso planeta e o desenvolvimento da vida como a conhecemos.”

Vejamos abaixo os conceitos de Elowitz sobre a ZHG.

Entre as características únicas notáveis temos, conforme Elowitz:

1. A alta metalicidade solar é rara

A metalicidade do nosso Sol está em nível adequado que suportou a formação de planetas telúricos. Assim o Sol e o sistema solar foi gerado a partir de resíduos de supernovas anteriores. Sucessivos ciclos de gerações de massivas estrelas que geram explosões de supernovas espalham para o meio interestelar elementos pesados produzidos. Assim, o sistema solar foi formado a partir dos escombros de várias gerações de estrelas anteriores.

Nosso Sol tem uma alta metalicidade incomum se comparado com estrelas da mesma massa e as razões reais ainda não são inteiramente compreendidas. Uma hipótese aventada é que nossa estrela se formou em uma região mais ativa da Via Láctea (um berçário estelar) com alta abundância de metais (elementos com peso atômico acima do hélio na tabela periódica) e então migrou para a região atual em um processo que permanece em mistério para os astrônomos.

Estudos estatísticos recentes dos índices de metalicidade das estrelas com planetas extrasolares candidatos orbitando-as indicam que as estrelas ricas em metais provavelmente apresentam mais planetas. A explicação mais provável para isso é que há um limite de concentração mínima de metais necessária para formar tanto os rochosos planetas terrestres como os núcleos dos planetas gigantes gasosos. Assim, uma estrela que se forma em um berçário estelar rico em elementos pesados tem mais chance de formar planetas que outra que surgiu em uma nuvem molecular deficiente em elementos metálicos.

2. O incomum período orbital e baixa excentricidade da órbita solar em torno do centro da Via Láctea

A órbita praticamente circular em torno do núcleo galáctico, com um período orbital da ordem de 250 milhões de anos, evita que o sistema solar se aventure dentro dos populosos e perigosos braços espirais da Via Láctea.

Mantendo-nos fora dos braços espirais onde novas estrelas estão continuamente se formam previne a desintegração gravitacional do sistema solar. Afortunadamente nossa estrela-mãe orbita através da galáxia no mesmo período de rotação dos braços galácticos. Assim, esta sincronização protege nosso sistema solar do risco de trafegar através dos braços espirais com alguma freqüência. Evitar os essas regiões ativas previne o encontro com supernovas destrutivas, explosões de magnetares e interações com nuvens moleculares gigantes massivas. A aproximação do nosso sistema solar com outros objetos massivos iria eventualmente agitar a nuvem de Oort gerando um enxame de cometas a bombardear o sistema solar interior.

Além disso, a baixa excentricidade do Sol (quase zero) faz de nosso sistema único em relação a outras estrelas similares ao Sol que tem excentricidades maiores. A órbita circular solar também reduz a probabilidade do nosso sistema cruzar um braço espiral galáctico.

3. Estamos a uma distância segura do centro galáctico

Nosso sistema solar está a uma distância segura (mais de 8.000 parsecs) do centro galáctico. Tal distância fornece um ambiente livre tanto dos efeitos gravitacionais perturbadores como também da radiação nociva produzida nas nebulosas de acresção com gás ionizado espiralando em volta do buraco negro supermassivo central.

Se o sistema solar estivesse próximo ao núcleo da galáxia a perturbação gravitacional da alta concentração de estrelas causaria um grande fluxo de cometas advindos da massiva nuvem de Oort. Os altos números dos impactos cometários que iriam bombardear o planeta e criar sucessivas extinções em massa gerariam eventos a tornar a vida complexa inviável nos planetas telúricos internos.

Se o nosso sistema solar estivesse localizado próximo a região central da Via Láctea a exposição aumentada às radiações gama e raios-X, somados os nocivos raios cósmicos, iriam ser letais para quaisquer seres tentando evoluir em um planeta telúrico. Os efeitos da radiação danificariam as camadas de ozônios protetoras na atmosfera planetária dos planetas candidatos. Em acréscimo, partículas secundárias seriam geradas na atmosfera pelo bombardeamento das partículas altamente energéticas dos raios cósmicos. Os fenômenos trariam um aumento significativo nos níveis de radiação na superfície do planeta tornando-o estéril.

Assim, quando combinadas estas 3 condições descritas acima produzem o que chamamos de Zona de Habitação Galáctica (ZHG). A existência da vida em nosso planeta, desde os organismos mais simples até os animais complexos como nós humanos, é resultado direto da associação destas condições incomuns dentro da nossa galáxia.

Elowitz conclui alegando que “95% das estrelas da Via Láctea não reúnem as condições adequadas para suportar o desenvolvendo da vida complexa. Estas restrições relacionam-se com a taxa assíncrona em que giram em torno do núcleo central, discrepante em relação aos braços espirais galácticos. Quando cogitamos as condições adicionais necessárias para manter o sistema solar habitável, concluímos que a probabilidade de se encontrar outro sistema solar capaz de hospedar vida complexa dentro da ZHG passa a ser extremamente baixa”.

Conclusões finais?

Regiao Galactica perto do Sol

Mapa galáctico das vizinhanças do Sol mostra a região alvo da missão Kepler de caça a exoplanetas telúricos.

A análise de Elowitz nos leva a inferir que a ZHG não é uma zona contínua na periferia galáctica (como o desenho do início do artigo sugere). Assim, a ZHG seria composta possivelmente de pequenas áreas intermediárias, sincrônicas, disjuntas e relativamente distantes do núcleo central e certamente fora dos braços galácticos.

O conceito de Zona de Habitação Galáctica permanece controverso entre os cientistas. Assim, estima-se que esse tema irá evoluir e amadurecer com as novas descobertas de exoplanetas que os programas de caça de planes extrasolares nos presentearão em breve.

Fontes e referências:

On the “Galactic Habitable Zone” por Nikos Prantzos

Universe Today: Habitable Zone por Abby Cessna

Astrobiology Magazine: Galactic Habitable Zones

Solstation.com: “Stars and Habitable Planets

Space.com: Sun May Be Galactic Hitchhiker por Jeremy Hsu

Science AAS: The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way por Charles H. Lineweaver, Yeshe Fenner e Brad K. Gibson

Discover: A Scientist’s Guide to Finding Alien Life: Where, When, and in What Universe

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3 menções

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