Como os oceanos de magma podem afetar a evolução de exoplanetas quentes.
Por Universidade Estadual de Ohio com informações de Science Daily.
Os mundos de lava, exoplanetas massivos que abrigam céus cintilantes e mares vulcânicos turbulentos chamados oceanos de magma, são distintamente diferentes dos planetas do nosso sistema solar.
Quase 50% de todos os exoplanetas rochosos já descobertos foram capazes de manter magma nas suas superfícies, provavelmente porque estes planetas estão tão próximos das suas estrelas hospedeiras que orbitam em menos de 10 dias. Estar tão perto faz com que o planeta seja bombardeado por condições climáticas adversas e força as temperaturas da superfície ao extremo, tornando-o completamente inóspito para a vida como a conhecemos hoje.
Agora, num novo estudo, os cientistas mostraram que estes vastos oceanos derretidos têm uma grande influência nas propriedades observadas de Super-Terras rochosas quentes, tais como o seu tamanho e caminho evolutivo.
A sua investigação, publicada recentemente no The Astrophysical Journal, descobriu que, devido à natureza extremamente compressível da lava, os oceanos de magma podem fazer com que planetas ricos em lava sem atmosfera sejam modestamente mais densos do que planetas sólidos de tamanho semelhante, bem como impactar a estrutura dos seus mantos, o espessa camada interna que envolve o núcleo de um planeta.
Mesmo assim, uma vez que estes objetos são notoriamente pouco estudados, pode ser uma tarefa difícil caracterizar o funcionamento fundamental dos planetas de lava, disse Kiersten Boley, principal autora do estudo e estudante de pós-graduação em astronomia na Universidade Estadual de Ohio.
“Os mundos de lava são coisas muito estranhas e muito interessantes e devido à forma como detectamos exoplanetas, estamos mais inclinados a encontrá-los,” disse Boley, cuja investigação gira em torno da compreensão de quais os ingredientes essenciais que tornam os exoplanetas únicos e como ajustar esses elementos, ou no caso dos mundos de lava, suas temperaturas podem alterá-los completamente.
Um dos mais conhecidos desses misteriosos mundos em chamas é 55 Cancri e, um exoplaneta a cerca de 41 anos-luz de distância que os cientistas descrevem como o lar de céus brilhantes e mares turbulentos de lava.
Embora existam objetos em nosso sistema solar, como a lua de Júpiter, Io, que são extremamente vulcanicamente ativos, não existem verdadeiros planetas de lava em nosso trecho do cosmos que os cientistas possam estudar de perto e pessoalmente. No entanto, investigar como a composição dos oceanos de magma contribui para a evolução de outros planetas, como por quanto tempo permanecem derretidos e por que razões acabam por arrefecer, pode oferecer pistas sobre a história ardente da Terra, disse Boley.
“Quando os planetas se formam inicialmente, especialmente os planetas rochosos terrestres, eles passam por um estágio de oceano de magma à medida que esfriam”, disse Boley. “Portanto, os mundos de lava podem nos dar algumas dicas sobre o que pode ter acontecido na evolução de quase qualquer planeta terrestre”.
Usando o software modelador de interiores de exoplanetas Exoplex e dados coletados de estudos anteriores para construir um módulo que incluía informações sobre vários tipos de composições de magma, os pesquisadores simularam vários cenários evolutivos de um planeta semelhante à Terra com temperaturas de superfície entre 2.600 e 3.860 graus Fahrenheit – o ponto de fusão no qual o manto sólido do planeta se tornaria líquido.
A partir dos modelos que criaram, a equipe foi capaz de discernir que os mantos dos planetas oceânicos de magma podem assumir uma de três formas: a primeira em que todo o manto está completamente derretido, a segunda onde um oceano de magma se encontra na superfície, e um terceiro modelo tipo sanduíche que consiste em um oceano de magma na superfície, uma camada de rocha sólida no meio e outra camada de magma derretido que fica mais próxima do núcleo do planeta.
Os resultados sugerem que a segunda e a terceira formas são ligeiramente mais comuns do que os planetas completamente fundidos. Dependendo da composição dos oceanos de magma, alguns exoplanetas sem atmosfera são melhores do que outros na captura de elementos voláteis – compostos como o oxigénio e o carbono necessários à formação das primeiras atmosferas – durante milhares de milhões de anos.
Por exemplo, o estudo observa que um planeta da classe do magma basal que é 4 vezes mais massivo que a Terra pode reter mais de 130 vezes a massa de água do que os oceanos da Terra hoje, e cerca de 1.000 vezes a quantidade de carbono atualmente presente na superfície do planeta e crosta.
“Quando falamos sobre a evolução de um planeta e o seu potencial para ter diferentes elementos que seriam necessários para sustentar a vida, ser capaz de reter muitos elementos voláteis dentro dos seus mantos poderia ter maiores implicações para a habitabilidade”, disse Boley.
Os planetas de lava estão muito longe de se tornarem habitáveis o suficiente para sustentar vida, mas é importante compreender os processos que ajudam estes mundos a chegar lá. No entanto, este estudo deixa claro que medir a sua densidade não é exactamente a melhor forma de caracterizar estes mundos quando os comparamos com exoplanetas sólidos, uma vez que um oceano de magma não aumenta nem diminui significativamente a densidade do seu planeta, disse Boley.
Em vez disso, a sua investigação revela que os cientistas devem concentrar-se noutros parâmetros terrestres, como as flutuações na gravidade da superfície de um planeta, para testar as suas teorias sobre como funcionam os mundos de lava quente, especialmente se futuros investigadores planearem usar os seus dados para ajudar em estudos planetários maiores.
“Este trabalho, que é uma combinação de ciências da terra e astronomia, basicamente abre novas questões interessantes sobre os mundos de lava”, disse Boley.
O estudo foi apoiado pela National Science Foundation. Outros coautores são Wendy Panero, Joseph Schulze, Romy Martinez e Ji Wang, todos do estado de Ohio, bem como Cayman Unterborn do Southwest Research Institute.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Ohio State University . Original escrito por Tatyana Woodall. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
Referência do periódico :
Kiersten M. Boley, Wendy R. Panero, Cayman T. Unterborn, Joseph G. Schulze, Romy Rodríguez Martínez, Ji Wang. Fizzy Super-Earths: Impacts of Magma Composition on the Bulk Density and Structure of Lava Worlds. The Astrophysical Journal, 2023; 954 (2): 202 DOI: 10.3847/1538-4357/acea85
Este artigo fornece uma contribuição valiosa ao entendimento dos exoplanetas rochosos e suas características. É uma leitura envolvente para qualquer pessoa interessada na pesquisa espacial e nas complexidades dos mundos além do nosso sistema solar. Parabéns aos autores por compartilhar esse conhecimento de maneira tão acessível e esclarecedora.