Um estudo publicado recentemente na revista Nature Astronomy pode mudar a forma como os cientistas pesquisam exoplanetas. Hoje, os pesquisadores estão procurando por esses mundos extrasolares exclusivamente baseado no paradigma terreno: planeta com núcleo de ferro rodeado por um manto de rochas silicatadas e presença de água (oceanos) na superfície.
“Só nos últimos anos começamos a perceber que os planetas são mais complexos do que pensávamos”, diz Caroline Dorn, professora de exoplanetas na Escola Politécnica Federal (ETH) de Zurique, na Suíça, que, em colaboração com Haiyang Luo e Jie Deng, da Universidade de Princeton, nos EUA, pesquisou a distribuição de água em exoplanetas.
Rever a distribuição da água faz todo o sentido porque o ciclo hidrológico, tanto na superfície como no interior, influencia essencialmente as propriedades dos planetas. Assim, é necessário ter em conta que, na maioria dos mundos fora do nosso Sistema Solar, a dispersão da água segue coeficientes de partição que não conhecemos em condições extremas.
Ao contrário da Terra, a maioria dos exoplanetas conhecidos ainda não sofreram o resfriamento necessário para a formação de um manto sólido composto por silicatos. A grande proximidade com suas estrelas produz vastos oceanos de magma, nos quais a água apresenta alta solubilidade, enquanto compostos, como o dióxido de carbono, se separam da fase líquida e sobem para a atmosfera.
Viagem da água ao núcleo dos planetas
Sabendo que o núcleo de ferro está no centro dos planetas e que, acima dele, existe uma camada de silicatos fundidos (o manto), a principal questão de pesquisa foi saber como a água se distribui entre essas duas camadas. Como a observação direta desses mundos distantes é impossível, os autores usaram princípios físicos bem estabelecidos para criar simulações computacionais.
A modelagem foi feita em duas etapas principais. Primeiro, eles usaram uma técnica chamada “Dinâmica molecular ab initio” para simular como a água se comporta quando entra em contato com metal e silicato sob pressões extremamente altas. O objetivo é calcular como o líquido se distribui entre essas duas camadas.
Com base nesses resultados, a equipe realizou uma modelagem capaz de mostrar como a presença de água afeta três aspectos planetários: a densidade das camadas, a temperatura de fusão das rochas e, por fim, a forma como a água se distribui.
As descobertas sugerem que mundos maiores e mais massivos provavelmente retêm quantidades significativas de água nos seus núcleos, afirma um comunicado de imprensa.
Como a água é sequestrada para o interior dos planetas?
Na verdade, a água não é sequestrada durante a formação do planeta, mas combina-se com gotículas de ferro que estão presentes na sopa de magma antes da formação do núcleo. Segundo Dorn, “as gotículas de ferro se comportam como um elevador que é transportado para baixo pela água”.
Esse comportamento, que só era conhecido no caso de pressões moderadas, semelhantes às da Terra, foi demonstrado no novo estudo em condições internas de pressões mais elevadas. “Quanto maior o planeta e maior a sua massa, mais água tende a acompanhar as gotículas de ferro e a integrar-se no núcleo.” Em alguns casos, diz o professor, o ferro pode absorver até 70 vezes mais água que os silicatos.
Essa água, porém, pode existir em estados da matéria muito diferentes daqueles a que estamos acostumados em nosso planeta. Submetido a pressões muito elevadas no núcleo, o líquido já não assume a forma de moléculas de H2O, continuando a existir nos seus elementos constituintes, mas em formas iónicas ou em algum estado exótico da matéria.
A ideia da existência de água nos núcleos planetários foi inspirada em pesquisas, realizadas em 2020, que avaliaram o teor de água na Terra. Além de concluir que nossos oceanos atuais representam apenas uma pequena fração da água total do planeta, as simulações realizadas estimaram uma quantidade de água armazenada no interior do planeta equivalente a mais de 80 oceanos.
Quais são as implicações práticas do estudo sobre distribuição de água?
Como, segundo Dorn, “os planetas são muito mais abundantes em água do que se supunha anteriormente”, esta descoberta poderá ter um impacto direto nas medições feitas pelos astrónomos para verificar o peso e o tamanho de um exoplaneta. Se, ao fazerem diagramas de raio de massa para inferir sua composição e estrutura interna, ignorarem a solubilidade e distribuição da água, o volume real do líquido pode ser subestimado em até dez vezes, alertam geofísicos.
Outra implicação importante da distribuição da água é o seu volume dissolvido no manto oceânico. Ao contrário da água que desce até o núcleo e permanece lá para sempre, a água do manto pode desgaseificar e subir à superfície quando essa camada intermediária esfria. A informação, que tem sido pesquisada durante dois anos pelo Telescópio Espacial James Webb, pode agora estar ligada às profundezas interiores dos planetas, diz Dorn.
Um dos primeiros objetivos de estudo dos autores da presente pesquisa será o exoplaneta conhecido como TOI-270didentificada em março deste ano. Segundo Dorn, “ali foram coletadas evidências da real existência de tais interações entre o oceano de magma em seu interior e a atmosfera”.
Finalmente, sobre a questão da habitabilidade, o presente estudo apresenta uma nova visão sobre a potencial existência de vida em Super-Terras abundantes em água. O entendimento atual é que, por formarem estruturas cristalinas de gelo exótico, sob alta pressão e temperatura, esses mundos não poderiam abrigar vida. O conceito agora muda com o novo estudojá que a maior parte da água nesses gigantes rochosos está teoricamente presa no núcleo.
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