Efeitos da radiação coronal na erosão atmosférica em exoplanetas

Efeitos da radiação coronal na erosão atmosférica em exoplanetas. Crédito da ilustração: M López del Fresno

Um estudo conduzido por astrônomos do Centro Espanhol de Astrobiologia (CSIC-INTA) mostra pela primeira vez evidências claras de que a radiação coronal das estrelas tem vaporizando a atmosfera dos exoplanetas durante suas primeiras etapas de vida. O estudo analisou informações sobre 75 planetas extra-solares para verificar a relação entre a radiação de raios X produzidos na corona da estrela hospedeira e a massa de seus exoplanetas.

A erosão atmosférica é causada pelos raios-X?

As observações, tomadas principalmente com apoio do observatório espacial XMM-Newton da Agência Espacial Européia (ESA), mostram um resultado surpreendente: “os planetas gasosos mais expostos aos raios X teriam perdido uma boa parte da sua massa através da evaporação. Assim, hoje, só encontramos exoplanetas pouco massivos sendo submetidos a esta energética radiação.”

Os raios X são radiações altamente energéticas, mais poderosos que os raios ultravioletas (UV) e tem a capacidade de evaporar a atmosfera de exoplanetas gigantes gasosos, similares a Júpiter ou Saturno.

Mas, para que isso efetivamente aconteça, o exoplaneta tem que estar bem próximo de sua estrela hospedeira e que  seu sol seja uma poderosa fonte emissora de raios-X.  Grande parte dos planetas descobertos até agora orbitam estrelas com massa semelhante ou inferior à do Sol.

Estas estrelas emitem uma grande quantidade de raios-X produzidos na sua corona, a camada mais externa da estrela, onde o plasma atingir entre 1 a 10 milhões de graus Kelvin. Quanto mais rapidamente a estrela gira, maior é a emissão de raios-X. As estrelas nascem com um elevado momento angular e por isso, nos estágios iniciais da vida do sistema estelar, ocorre a maior evaporação na atmosfera dos exoplanetas. “Então a rotação estelar diminui ao longo do tempo, reduzindo a emissão dessas radiações, de forma que os exoplanetas ao redor passam a sofrer uma evaporação menor com o passar do tempo”, explicou Jorge Sanz Forcada, autor principal do estudo, pesquisador do Center for Astrobiology (CSIC-INTA).

Um exoplaneta em regime de emagrecimento: Tau-Boo-b

O artigo, publicado na revista Astronomy & Astrophysics, mostra como os exoplanetas mais massivos conhecidos atualmente, com mais de 1,5 vezes a massa de Júpiter, raramente são objetos de forte radiação de raios-X, uma indicação clara de que eles não deverão perder sua massa atmosférica em um tempo relativamente curto. Por outro lado, há um contra-exemplo deste caso: Tau-Boo-b, 4 vezes a massa de Júpiter, pode estar perdendo massa a uma taxa de 1 planeta como Júpiter a cada cem milhões de anos (o Sol tem uma idade de 4,55 bilhões de anos), supondo que Tau-Boo-b tenha uma composição similar à de Júpiter.

Mais de 440 planetas fora do nosso sistema solar

Atualmente há mais de 440 exoplanetas conhecidos. Isso permite que, finalmente, possamos começar a fazer estudos comparativos para nos dizer como são efetivamente estes exoplanetas, sua composição, como se formam e como evoluem. Estamos no início de uma jornada de longo prazo que deve nos levar ao conhecimento sobre como os exoplanetas são influenciados pelas características de sua estrela hospedeira, inclusive na possível formação da vida. Mas, isto representa um longo caminho pois ainda temos muito a aprender em astrofísica, atmosferas exoplanetárias, geologia e exobiologia.

No estudo também participaram os pesquisadores de outros institutos: Ignasi Ribas (Institut de Ciències de l’Espai, CSIC-CEIE), Micelle Giuseppina (Observatorio Astronómico de Palermo, Itália), Andrew Pollock (Agência Espacial Européia), David García Álvarez (Grantecan – IAC), Enrique Solano (Centro de Astrobiologia) e Carlos Eiroa (Universidade Autônoma de Madrid).

Abstract

Os cientistas escreveram no artigo científico o seguinte resumo:

• Contexto: De acordo com a teoria, as emissões coronais de alta energia a partir de estrelas frias podem erodir severamente a atmosfera de planetas em sua órbita. Até agora, testes observacionais dos efeitos da erosão ainda não haviam sido realizados.
• Objetivos: Nós analisamos a distribuição corrente da massa planetária com a irradiação em raios-X nas atmosferas para realizar uma avaliação observacional das conseqüências da erosão pela radiação coronal.
• Métodos: Nós estudamos uma grande amostra de estrelas hospedeiras de exoplanetas usando os dados fornecidos pelos telescópios XMM-Newton, Chandra e ROSAT, identificando cuidadosamente a sua contrapartida em raios-X e ajustamos seus espectros para medir com precisão o fluxo estelar de raios-X.
• Resultados: A distribuição das massas planetárias junto com os fluxos de raios-X sugere que a erosão atmosférica efetivamente aconteceu. A maior parte dos planetas massivos sobreviventes (Mp sin i > 1.5 M_J) esteve exposta a uma quantidade moderada de radiação acumulada. Uma alta erosão durante a fases inicial da evolução estelar tem sido seguida de uma fase com erosão bem mais fraca. Uma linha divisória entre estas duas fases poderia ser estabelecida, mostrando uma dependência forte na massa planetária. Embora uma amostra de maior porte seja necessária para estabelecer uma linha de erosão bem definida, a distribuição encontrada se mostra bastante sugestiva.
• Conclusões: A distribuição da massa planetária em relação ao fluxo de raios-X está consistente com o cenário no qual as atmosferas planetárias sofreram os efeitos da erosão provocada pelas emissões de raios-X e EUV (ultravioleta extremo). A linha de erosão deve ser considerada como uma restrição observacional para os modelos de erosão atmosféricas.

Fontes

SINC: Los planetas extrasolares adelgazan por radiación

ArXiv.org: A scenario of planet erosion by coronal radiation Autores: J. Sanz-Forcada, I. Ribas, G. Micela, A. M. T. Pollock, D. García-Álvarez, E. Solano e C. Eiroa

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