Estrelas frias com ventos poderosos ameaçam atmosferas exoplanetárias

Empregando simulações numéricas de última geração, um estudo liderado por cientistas do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP) obteve a primeira caracterização sistemática das propriedades dos ventos estelares em uma amostra de estrelas frias. 

Eles descobriram que estrelas com campos magnéticos mais fortes produzem ventos mais poderosos. Esses ventos criam condições desfavoráveis para a sobrevivência das atmosferas planetárias, afetando a possível habitabilidade desses sistemas. 

Ilustração de um sistema estrela-planeta. É visível o vento estelar à volta da estrela e também o efeito na atmosfera do planeta. Crédito: AIP/K. Riebe/J. Fohlmeister 

O Sol está entre as estrelas mais abundantes do universo conhecidas como "estrelas frias". Essas estrelas são divididas em quatro categorias (F, G, K e M-tipo) que diferem em tamanho, temperatura e brilho. O Sol é uma estrela bastante média e pertence à categoria G. Estrelas mais brilhantes e maiores que o Sol estão na categoria F, enquanto estrelas K são ligeiramente menores e mais frias que o Sol. As estrelas menores e mais fracas são as estrelas M, também conhecidas como "anãs vermelhas" devido à cor em que emitem a maior parte de sua luz.

Observações de satélite revelaram que, além da luz, o Sol emite um fluxo persistente de partículas conhecido como vento solar. Esses ventos viajam pelo espaço interplanetário e interagem com os planetas do sistema solar, incluindo a Terra. A bela exibição de auroras perto dos polos norte e sul é de fato produzida por essa interação.

No entanto, esses ventos também podem ser prejudiciais, pois podem corroer uma atmosfera planetária estável, como foi o caso em Marte. Embora muito se saiba sobre o vento solar – graças, em parte, a missões como a Solar Orbiter – o mesmo não acontece com outras estrelas frias.

O problema é que não podemos ver esses ventos estelares diretamente, limitando-nos ao estudo de sua influência sobre o fino gás que preenche a cavidade entre as estrelas da galáxia. No entanto, esta abordagem tem várias limitações e só é aplicável a algumas estrelas. Isso motiva o uso de simulações e modelos computacionais para prever as várias propriedades dos ventos estelares sem exigir que os astrônomos os observem.

Neste contexto, a estudante de doutorado Judy Chebly, o cientista Dr. Julián D. Alvarado-Gómez e a professora chefe de seção Katja Poppenhäger da seção de Física Estelar e Exoplanetas da AIP, em colaboração com Cecilia Garraffo do Centro de Astrofísica de Harvard e Smithsonian, realizaram o primeiro estudo sistemático das propriedades do vento estelar esperadas para F, Estrelas G, K e M.

Para isso, utilizaram simulações numéricas empregando um dos modelos mais sofisticados atualmente disponíveis, impulsionado pela distribuição de campo magnético em larga escala observada de 21 estrelas bem observadas. As simulações foram realizadas nas instalações de supercomputação da AIP e da Leibniz Rechenzentrum (LRZ). 

A equipe examinou como as propriedades das estrelas, como gravidade, força do campo magnético e período de rotação, afetam as características do vento em termos de velocidade ou densidade. Os resultados incluem uma caracterização abrangente das propriedades do vento estelar através dos tipos espectrais que, entre outros resultados, indicam a necessidade de revisitar suposições anteriores sobre as velocidades do vento estelar ao estimar as taxas de perda de massa associadas a partir de observações.

Além disso, as simulações permitem prever o tamanho esperado da superfície de Alfvén – o limite entre a coroa da estrela e seu vento estelar. Essas informações são fundamentais para determinar se um sistema planetário pode ou não estar sujeito a fortes interações magnéticas estrela-planeta, que podem ocorrer quando a órbita planetária entra ou está completamente embutida na superfície de Alfvén de sua estrela hospedeira.

Suas descobertas mostram que estrelas com campos magnéticos maiores que os do Sol têm ventos mais rápidos. Em alguns casos, a velocidade do vento estelar pode ser até cinco vezes mais rápida do que a velocidade média do vento solar, que normalmente é de 450 km/s.

A investigação obteve uma avaliação de quão fortes são os ventos dessas estrelas nas chamadas "Zonas Habitáveis", definidas como as distâncias orbitais em que exoplanetas rochosos poderiam sustentar a água líquida da superfície, fornecendo uma pressão atmosférica semelhante à da Terra.

Eles encontraram condições mais amenas ao redor de estrelas dos tipos F e G, comparáveis ao que a Terra experimenta ao redor do Sol do tipo G, e ambientes de vento cada vez mais severos para estrelas do tipo K e M. Ventos estelares tão intensos afetam fortemente qualquer atmosfera potencial que o planeta possa ter.

Este fenômeno está bem documentado na física solar entre planetas rochosos e o Sol, mas não no caso de sistemas exoplanetários. Isso requer estimativas do vento estelar para avaliar processos semelhantes aos que vemos entre os ventos solares e as atmosferas planetárias. Informações sobre o vento estelar eram anteriormente desconhecidas para as estrelas da sequência principal F a M, tornando este estudo importante no contexto da habitabilidade.

O trabalho apresentado neste artigo foi feito para 21 estrelas, mas os resultados são gerais o suficiente para serem aplicados a outras estrelas frias da sequência principal. Esta investigação abre caminho para futuras pesquisas sobre observações de ventos estelares e seu impacto na erosão de atmosferas planetárias.

Fonte: Astronomia OnLine