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 estelardescontinuidade no tipo F2 (declive na velocidade)

Km/sec /Tipoespectral

0-50 50-100 100-150 150-200 200-250 250-300 300-500

Oe, Be 0 0 0 1 3 18 78O, B 21 51 20 6 2 0 0

A 22 24 22 22 9 1 0F0–F2 30 50 15 4 1 0 0F5–F8 80 20 0 0 0 0 0G, K, M 100 0 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, ignorando-se 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