Estrelas Bioticamente Adequadas

Estrelas Bioticamente Adequadas
por Marcelo Ferreira
para o Grupo ViU
Base de comparação
• A Terra e o Sistema Solar são típicos?
– Muitos aspectos ainda estão em aberto:
• O que é vida?
• Como procurar?
• O que procurar?
– Admitiremos que sim.
Evolução da vida na Terra
• Surgimento de um simples organismo
unicelular dos materiais de nossa atmosfera
primitiva e oceanos:
– Algumas centenas de milhões de anos
Eliminamos estrelas de tipo
espectral anterior a A0
• O tempo de uma estrela A0 na seqüência
principal:
– aproximadamente quatrocentos milhões de
anos.
• Insuficiente para a evolução até um simples
protozoário, por exemplo.
Evoluindo até a vida inteligente
• A seleção natural age sobre mutações ao
acaso, que pela mais pura sorte possa vir a
gerar seres mais evoluídos.
• Seres evoluídos o suficiente para construir
uma civilização:
– 3 bilhões de anos na Terra.
Eliminamos estrelas de tipo
espectral anterior a F0
• Essas estrelas permanecem cerca de 4
bilhões de anos na seqüência principal.
Rotação estelar
descontinuidade no tipo F2 (declive na velocidade)
Km/sec /
Tipo
espectral
Oe, Be
0-50
0
O, B 21
A 22
F0–F2 30
F5–F8 80
G, K, M
100
50-100
100-150 150-200 200-250 250-300 300-500
0
51
24
50
20
0
0
20
22
15
0
0
1
6
22
4
0
0
3
2
9
1
0
0
18
0
1
0
0
0
78
0
0
0
0
0
Por que existe essa diferença?
• Um sistema deve manter o seu momento
angular.
• Quando uma estrela possui planetas em sua
órbita, ela tende a perder velocidade de
rotação.
Eliminamos estrelas de tipo
espectral anterior a F2
• Essas estrelas não devem possuir planetas,
enquanto que a maioria das de tipo espectral
posterior a F2 deve ter.
Sub - anãs
• Essas estrelas, de primeira geração, contém
elementos pesados e não devem ter planetas
como a Terra em sua órbita.
• Elas podem ter sistemas planetários de
planetas gasosos.
Planetas gasosos
• A grande atmosfera de Júpiter em muito faz
lembrar a atmosfera primitiva da Terra.
• Acredita-se que Júpiter possui “exatamente
as condições usadas nos experimentos da
origem da vida na Terra”.
• Não devemos dispensar a produção de
moléculas orgânicas complexas e, até
mesmo, vida nesses mundos.
Galáxia povoada de planetas
• 93% das estrelas da seqüência principal, no
céu, são posteriores a F2.
Nem todos os planetas são
habitáveis
• Mercúrio está próximo demais do Sol e
possui altas temperaturas. Plutão está longe
demais, com temperaturas de
aproximadamente -200 ºC.
– Obs: O frio é menos danoso que o calor.
Conhecemos bactérias e vírus capazes de
sobreviver num frio rigoroso.
Quais planetas são habitáveis?
• Cada estrela possui uma zona habitável, que
depende da luminosidade estelar.
• Exemplo: A zona habitável de estrelas M´s e
K´s podem ser interiores a órbita de
Mercúrio.
Anãs-vermelhas:
Podemos exluí-las?
• Se as dimensões do Sistema Solar e as
distâncias entre os nossos planetas forem
típicos, uma anã-vermelha não possuirá
nenhum planeta em sua zona habitável.
Admitindo tipos espectrais entre
F2 e K5
• Mesmo excluindo as anãs-vermelhas, algo
entre 1% e 2% das estrelas da nossa galáxia
satisfariam as condições vistas. Ou seja,
pelo menos 1 bilhão de estrelas preenchem
os requisitos de tempo de vida na seqüência
principal, e possuir ao menos um planeta na
zona habitável.
Estrelas posteriores a K1
• Zona Habitável muito próximo a estrela.
• O planeta pode vir a ficar preso numa rotação síncrona.
• Planeta sem atmosfera:
– face voltada para a estrela: muito quente
– face escura: muito fria
• Planeta com uma pequena atmosfera:
– suficiente para aquecer a face escura, mantendo uma
temperatura razoável.
• Rotação síncrona não é única opção para estrela
próxima, de órbita elíptica.
Sistema múltiplos
• Quase metade das estrelas pertencem a
sistemas múltiplos.
• Órbitas complexas.
– Exemplos de sistemas binários:
• Em certos momentos o planeta ficaria muito
próximo à estrela.
• Em outros ficaria muito longe.
• Grande variação de temperatura: dificilmente
haveria formação de vida.
Reavaliação das órbitas
complexas
• Estudos vêem mostrando que órbitas
planetárias periódicas são possíveis em
sistemas múltiplos.
Exemplo de sistema binário
• Considerando o caso
mais simples, com
estrelas de massas
iguais. A distância “a”
entre elas é medida em
U. A. e a luminosidade
“l” de cada estrela é
dada em função da
luminosidade solar.
Analizando cada caso
• Primeiramente vamos destacar que quando a
distância “a” for maior do que 13 l , cada
estrela pode ser tratada separadamente, ignorandose o fato do sitema ser binário.
• Quando “a” for maior do que 2 l , planetas
habitáveis seriam possíveis na órbita interna da
figura, passando pelo ponto L1.
• Quando “a” for menor do que 0.4 l , planetas
habitáveis seriam possíveis na órbita externa da
figura, passando pelo ponto L2.
Conclusão dos sistemas binários,
quanto as suas órbitas
• Apenas seriam excluídos os sistemas
binários com: 2 l < a < 0.4 l
• Obs: Resultados análogos podem ser
obtidos para o caso mais comum de estrelas
com massas diferentes entre si.
Formação dos sistemas múltiplos
• Acontece de tal forma que impede a
formação simultânea de planetas.
• Conclusão geral de sistemas binários:
– Aparentemente, planetas orbitam apenas
estrelas simples mas, em princípio, não
podemos descartar a associação com sistemas
múltiplos.
Outro fator relevante
• Para que as condições sejam propícias para
a formação de vida, a luminosidade da
estrela deve ser aproximadamente
constante.
As candidatas mais próximas
Alpha Centauri A
G2
4.3 anos-luz
Alpha Centauri B
K4
4.3 anos-luz
- Epsilon Eridani
K2
10.8 anos-luz
61 Cygni A
K5
11.1 anos-luz
- Epsilon Indi
K5
11.3 anos-luz
- Tau Ceti
G8
12.2 anos-luz
70 Ophiuchi A
K1
17.3 anos-luz
Bibliografia
• Intelligent Life in the Universe
– I. S. Shklovskii
– Carl Sagan
• Astrophysics and Space Science 241: 3-24,
1996