Universo hoje teve o privilégio recente de investigar uma infinidade de disciplinas científicas, incluindo crateras de impacto, superfícies planetárias, exoplanetas, astrobiologia, física solar, cometas, atmosferas planetárias, geofísica planetária, cosmoquímica, meteoritos, radioastronomia, extremófilos, química orgânica, buracos negros, criovulcanismo, proteção planetária, matéria escura, supernovas e estrelas de nêutrons, e como elas contribuem individual e coletivamente para nossa maior compreensão do nosso lugar no universo.
Aqui, Universo hoje discute o crescente campo das exoluas com Dr. David Kippingque é professor assistente no Departamento de Astronomia da Universidade de Columbia, juntamente com seus alunos de doutorado, Benjamim Cassese e Daniel Yahalomi, sobre a importância de estudar exoluas, os benefícios e desafios, potenciais candidatos a exoluas, como as exoluas podem nos ensinar como encontrar vida fora da Terra e conselhos para futuros alunos que desejam continuar estudando exoluas. Portanto, qual a importância de estudar exoluas?
O Dr. Kipping conta Universo hoje, “Há quatro razões para fazer isso: 1) Quão comuns são os mundos semelhantes à Terra? As exoluas podem ser um fator contribuinte significativo para o censo cósmico de corpos habitáveis; 2) Quão único é o sistema Terra-Lua? Acredita-se que a Lua tenha desempenhado um papel influente na formação e evolução da Terra e, portanto, quando detectamos uma gêmea da Terra, deveríamos naturalmente nos perguntar se ela também tem uma gêmea da Lua.”
Dr. Kipping continua: “3) Quais são os canais de formação da lua? No Sistema Solar, vemos pelo menos três caminhos, capturas (por exemplo, Tritão), impacto (por exemplo, a Lua) e formação de disco (por exemplo, luas da Galiléia). Gostaríamos de entender se existem outros métodos e quais são os detalhes e limitações dos três métodos que conhecemos; 4) Quando apontamos o HWO (Observatório de Mundos Habitáveis) para um gêmeo da Terra, uma lua parecida com a Lua seria insolúvel e, portanto, sua luz se misturaria com a do planeta e potencialmente criaria bioassinaturas falso-positivas. Saber sobre as luas é vital para o nosso sonho de longo prazo de encontrar vida.”
Juntamente com a Lua da Terra, o nosso sistema solar consiste em mais de 200 luas, mas apenas um punhado delas é alvo de pesquisas relacionadas com a astrobiologia, mais notavelmente duas das luas galileanas de Júpiter, Europa e Ganimedese duas das luas de Saturno, Encélado e Titãmas todos eles apresentaram evidências significativas de possuir oceanos internos de água líquida. Junto com a descoberta de se o sistema Terra-Lua é único, as exoluas podem nos ensinar se nosso próprio sistema solar é único, dada a ampla gama de tipos, formas e tamanhos de luas, e especialmente sua formação e evolução.
Uma possível razão para a singularidade Terra-Lua é devido ao forças de maré causada pelos dois corpos puxando um ao outro, o que mantém o eixo relativamente estável da Terra. Como resultado, a Terra oscila muito levemente como um pião ao longo de 26.000 anos, o que significa que sua inclinação axial muda apenas alguns graus durante esse tempo, o que permitiu que nosso planeta mantivesse climas relativamente estáveis, permitindo que a vida sobrevivesse e prosperasse. Isso contrasta com planetas menores como Marte, que oscilam violentamente ao longo de centenas de milhares a milhões de anos, resultando em grandes mudanças na sua inclinação axial entre 15 graus e 45 graus, resultando em mudanças nas suas calotas polares e variações climáticas drásticas. Para contextualizar, as inclinações axiais da Terra e de Marte estão atualmente em torno de 25 graus. Mas dadas todas as razões listadas pelo Dr. Kipping, quais são alguns dos benefícios e desafios de estudar exoluas?
“Alguns benefícios são que encontrar uma lua nos diria automaticamente mais sobre seu planeta hospedeiro”, diz Cassese Universo Hoje. “Por exemplo, seríamos capazes de dizer imediatamente que o planeta não passou por nenhuma mudança dramática de órbita devido à dispersão com outros planetas, uma vez que isso provavelmente teria destruído a Lua. Também podemos ajudar a usar a órbita da Lua para medir a massa do planeta, e até mesmo da estrela, embora existam outras formas de medir ambas.”
“As luas são muito difíceis de detectar e realmente levam os dados que recebemos ao seu limite”, diz Yahalomi Universo hoje. “Aí reside um desafio e uma oportunidade. Na busca pela detecção dos menores sinais nesses conjuntos de dados, precisamos desenvolver novos métodos e técnicas de análise de dados extremamente precisas. Estou trabalhando na criação de uma nova estrutura analítica para estudar o efeito gravitacional que as luas têm em seus planetas hospedeiros. Estamos trabalhando em métodos para diferenciar as oscilações causadas por luas e planetas vizinhos no mesmo sistema estelar. Sem o objetivo de detetar luas, provavelmente não estaríamos motivados para desenvolver estas técnicas estatísticas, que poderão então (esperançosamente) ter aplicações de maior alcance.”
No momento em que este livro foi escrito, a NASA confirmou a existência de 5.678 exoplanetas que vão desde mundos terrestres (rochosos) até gigantes gasosos muito maiores que Júpiter. em contraste, não houve nenhuma exolua confirmada em qualquer lugar do cosmos, muito possivelmente devido à dificuldade de detectá-las, conforme observado por Yahalomi. Dos 5.678 exoplanetas confirmados, 4.193 foram confirmados usando o método de trânsito que detecta quedas extremamente pequenas (aproximadamente 1 por cento) na luz das estrelas quando o exoplaneta passa na frente ou transita pela sua estrela-mãe.
Essas quedas na luz das estrelas são tão pequenas que os astrônomos precisam de vários trânsitos para confirmar sua existência. Portanto, tentar detectar exoluas, que podem ser muito menores do que o exoplaneta que orbitam, é ainda mais difícil. Embora atualmente não haja exoluas confirmadas, quais são alguns candidatos interessantes de exolua, incluindo candidatos de exolua que esses pesquisadores estudaram?
“Os dois candidatos que anunciamos são Kepler-1625 bi e Kepler 1708 bI”, diz o Dr. Kipping Universo hoje. “Ambos orbitam gigantes gasosos a distâncias relativamente grandes da sua estrela, e ambos são surpreendentemente grandes, 1625b-i é cerca de Neptuno e 1708b-i é um mini-Netuno. Em outros aspectos, eles são bem diferentes, 1708b orbita em uma órbita estreita como a de Europa, aparentemente coplanar com a órbita planetária. Em contraste, 1625b-i parece inclinada e numa órbita muito mais ampla, parecendo mais uma lua capturada. Para 1625b-i, temos uma massa graças às variações do tempo de trânsito do planeta primário e que pousa de acordo com a nossa medição de raio obtida a partir do mergulho da lua na frente da estrela. Para 1708b-i, temos apenas a queda (apenas dois trânsitos), no entanto, a taxa de falsos positivos é bem medida aqui como sendo de aproximadamente 1%, dando-nos confiança no sinal.”
Conforme observado, das mais de 200 luas em nosso sistema solar, apenas um punhado delas são atualmente alvos para astrobiologia e a busca por vida além da Terra. Elas incluem duas das luas de Júpiter, Europa e Ganimedes, e duas das luas de Saturno, Encélado e Titã. Todas as quatro apresentaram evidências de possuir oceanos internos de água líquida, com Titã sendo a única com corpos líquidos em sua superfície, embora composta de metano e etano líquidos em oposição à água líquida.
Europa já foi explorada pela NASA Nave espacial Galileo enquanto obtém imagens incríveis da pequena superfície da lua. No entanto, a agência Nave espacial Europa Clipperque será lançado em outubro, conduzirá a investigação mais aprofundada sobre o potencial de habitabilidade de Europa quando chegar em 2030. Realizará 50 sobrevôos da pequena lua, enviando de volta imagens de alta resolução de sua superfície enquanto usa seu conjunto de poderosos instrumentos para determinar se o seu oceano interior de água líquida pode abrigar vida, tal como a conhecemos ou não.
Ganimedes também foi estudado pela sonda Galileo da NASA, mas a Agência Espacial Europeia Nave espacial JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer), que está atualmente a caminho de Júpiter com chegada prevista para 2031, espera também conduzir a investigação mais aprofundada relativa ao potencial de habitabilidade de Ganimedes. Para a lua de Saturno, Encélado e Titã, ambas foram mapeadas e estudadas em profundidade pela NASA Nave espacial Cassini ao longo de sua missão de 13 anos estudando Saturno e suas muitas luas.
Durante este tempo, a Cassini observou e voou através de gêiseres que emanam da região polar sul de Encéladoindicando um oceano de água líquida sob sua crosta gelada, juntamente com o pouso de uma sonda na superfície de Titã, revelando pedras arredondadas possivelmente formadas a partir do fluxo de metano ou etano líquido. Além disso, evidências sugeriram que Titã possui um oceano líquido interior composto de água, em oposição ao metano e etano em sua superfície. Dado o potencial de habitabilidade dessas luas, o que as exoluas podem nos ensinar sobre encontrar vida além da Terra?
“Existem pelo menos duas maneiras pelas quais as luas podem afetar a vida em outras partes da galáxia”, diz Cassese Universo hoje. “Primeiro, as luas podem influenciar e estabilizar seus planetas hospedeiros (veja acima). O outro é que as próprias luas podem ser ótimos lugares para a vida. Algumas das maiores reservas de água líquida em nosso sistema solar existem em luas como Europa, e é possível que outras luas tenham ingredientes semelhantes que achamos essenciais para a vida. Se as luas forem tão comuns quanto os planetas, o potencial habitável da galáxia seria muito maior do que atualmente apreciamos.”
Yahalomi conta Universo hoje, “Pelo que sabemos atualmente sobre a formação de planetas e do nosso sistema solar, onde existem centenas de luas, realmente deveria haver exoluas em torno de muitos dos exoplanetas que encontramos. Portanto, se descobrirmos que não existem exoluas, isso revelaria que há algo único no nosso sistema solar e que falta algo na nossa compreensão da formação planetária. Como só sabemos sobre a vida na Terra, atualmente, compreender o contexto mais amplo da demografia planetária e, assim, compreender melhor o quão comum ou único o nosso Sistema Solar é verdadeiramente, poderia ajudar na nossa compreensão da probabilidade de vida fora da Terra.”
Tal como o campo dos exoplanetas, o estudo das exoluas envolve uma miríade de conhecimentos e disciplinas científicas para decifrar grandes quantidades de dados, incluindo astrofísica, ciência da computação, geologia planetária, atmosferas planetárias, ciência de dados, só para citar alguns. Além disso, instrumentos poderosos como o já mencionado Observatório de Mundos Habitáveis são necessários para detectar exoluas, dados seus tamanhos infinitesimalmente pequenos nos dados. É através desta colaboração constante entre cientistas e do uso de instrumentos-chave que permitirá aos cientistas algum dia confirmar a existência da primeira exolua no cosmos. Portanto, que conselho os pesquisadores podem dar aos futuros alunos que desejam continuar estudando exoluas?
“É uma área fascinante e em rápido crescimento”, diz o Dr. Kipping Universo Hoje. “Finalmente estamos na era em que podemos detectar luas semelhantes às do Sistema Solar usando o JWST. Além disso, há um interesse crescente em descobrir luas muito diferentes do Sistema Solar, como luas em torno de planetas flutuantes, usando JWST de sistemas jovens em Orion (google JUMBOs, por exemplo) ou usando o próximo telescópio romano com técnicas de microlentes. Estamos prestes a ultrapassar o limite de detecção de forma convincente.”
Como as exoluas nos ajudarão a entender melhor nosso lugar no universo nos próximos anos e décadas? Só o tempo dirá, e é por isso que nós, cientistas!
Como sempre, continue fazendo ciência e olhando para cima!
