Estudo lança nova luz sobre estranhos mundos de lava

Como os oceanos de magma podem afetar a evolução de exoplanetas quentes 

É provável que os mundos de lava ainda estejam na fase inicial da sua evolução, uma vez que algumas teorias sugerem que a Terra também já esteve totalmente fundida. Crédito: Getty Images

Os mundos de lava, exoplanetas massivos que albergam céus cintilantes e mares vulcânicos agitados chamados oceanos de magma, são muito diferentes dos planetas do nosso Sistema Solar. Até à data, quase 50% de todos os exoplanetas rochosos já descobertos são capazes de manter magma às suas superfícies, provavelmente porque estes planetas estão tão próximos das suas estrelas hospedeiras que completam uma órbita em menos de 10 dias. 

Esta proximidade faz com que os planetas sejam bombardeados por condições climatéricas adversas e força temperaturas extremas à superfície, tornando-os completamente inóspitos à vida tal como a conhecemos atualmente.

Agora, num novo estudo, os cientistas demonstraram que estes vastos oceanos fundidos têm uma grande influência nas propriedades observadas das Super-Terras rochosas e quentes, tais como no seu tamanho e no seu percurso evolutivo.

A sua investigação, publicada recentemente na revista The Astrophysical Journal, descobriu que, devido à natureza extremamente compressível da lava, os oceanos de magma podem fazer com que os planetas ricos em lava sem atmosfera sejam modestamente mais densos do que os planetas sólidos de tamanho semelhante, bem como afetar a estrutura dos seus mantos, a espessa camada interior que rodeia o núcleo de um planeta.

Mesmo assim, uma vez que estes objetos são notoriamente pouco estudados, caracterizar o funcionamento fundamental dos planetas de lava pode ser uma tarefa difícil, disse Kiersten Boley, autora principal do estudo e estudante de astronomia na Universidade Estatal do Ohio, EUA.

"Os mundos de lava são muito estranhos, muito interessantes e, devido à forma como detetamos os exoplanetas, estamos mais inclinados a encontrá-los", disse Boley, cuja investigação gira em torno da compreensão dos ingredientes essenciais que tornam os exoplanetas únicos e da forma como a alteração desses elementos, ou, no caso dos mundos de lava, das suas temperaturas, os pode mudar completamente.

Um dos mais conhecidos destes misteriosos mundos escaldantes é 55 Cancri e, um exoplaneta situado a cerca de 41 anos-luz de distância, que os cientistas descrevem como tendo céus cintilantes e mares de lava agitados.

Embora existam objetos no nosso Sistema Solar, como a lua Io de Júpiter, que são extremamente ativos do ponto de vista vulcânico, não existem verdadeiros planetas de lava na nossa parte do cosmos que os cientistas possam estudar de perto. No entanto, investigar a forma como a composição dos oceanos de magma contribui para a evolução de outros planetas, por exemplo, durante quanto tempo permanecem fundidos e por que razões acabam por arrefecer, pode fornecer pistas acerca da história incandescente da Terra, disse Boley. 

"Quando os planetas se formam inicialmente, em particular os planetas terrestres rochosos, passam por uma fase de oceano de magma enquanto arrefecem", disse Boley. "Por isso, os mundos de lava podem dar-nos uma ideia do que pode ter acontecido na evolução de quase todos os planetas terrestres."

Utilizando o software de modelação do interior de exoplanetas Exoplex e dados recolhidos em estudos anteriores para construir um módulo que incluía informações sobre vários tipos de composições magmáticas, os investigadores simularam vários cenários evolutivos de um planeta semelhante à Terra com temperaturas à superfície entre 1420 e 2120 graus Celsius - o ponto de fusão em que o manto sólido do planeta se transformaria em líquido.

A partir dos modelos que criaram, a equipa foi capaz de discernir que os mantos dos planetas com oceano de magma podem assumir uma de três formas: a primeira em que todo o manto está completamente derretido, a segunda em que um oceano de magma se encontra à superfície e um terceiro modelo tipo sanduíche que consiste num oceano de magma à superfície, uma camada de rocha sólida no meio e outra camada de magma derretido que se encontra 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 para reter elementos voláteis - compostos como o oxigénio e o carbono necessários para a formação das primeiras atmosferas - durante milhares de milhões de anos.

Por exemplo, o estudo refere que um planeta da classe de magma basal que seja 4 vezes mais massivo do que a Terra pode aprisionar mais de 130 vezes a massa de água dos oceanos da Terra, e cerca de 1000 vezes a quantidade de carbono atualmente presente na superfície e na crosta do nosso planeta.

"Quando estamos a falar da evolução de um planeta e do seu potencial para ter diferentes elementos necessários para suportar a vida, o facto de ser capaz de aprisionar muitos elementos voláteis nos seus mantos pode ter grandes implicações para a habitabilidade", explicou Boley.

Os planetas de lava estão muito longe de se tornarem suficientemente habitáveis para suportar vida, mas é importante compreender os processos que ajudam estes mundos a chegar lá. No entanto, este estudo torna claro que medir a sua densidade não é exatamente 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 da gravidade à superfície de um planeta, para testar as suas teorias sobre o funcionamento dos mundos de lava, especialmente se os futuros investigadores planearem utilizar os seus dados para ajudar em estudos planetários de maior dimensão.

"Este trabalho, que é uma combinação de ciências da terra e astronomia, abre basicamente novas e excitantes questões sobre os mundos de lava", concluiu Boley. 

O estudo foi apoiado pela NSF (National Science Foundation). Os outros coautores são Wendy Panero, Joseph Schulze, Romy Martinez e Ji Wang, todos da Universidade Estatal de Ohio, bem como Cayman Unterborn do SwRI (Southwest Research Institute).

Fonte: news.osu.edu