Ciência

Astrônomos estudam química estelar em busca de exoplanetas

Pesquisa feita na USP revela que a baixa abundância de lítio na estrela-mãe pode indicar a presença de planetas em sua órbita. Dados foram divulgados ontem na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Imagem: Lynette Cook/Nasa/Fuse

Texto: Agência FAPESP

Pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP) estudaram uma amostra de 192 estrelas parecidas com o Sol e encontraram uma correlação entre a presença de planetas e um baixo conteúdo de lítio nas suas estrelas hospedeiras. Essa correlação pode ajudar a explicar por que o Sol possui uma abundância de lítio anormalmente baixa em comparação com suas estrelas “gêmeas”. A descoberta, que utilizou dados do telescópio de 3,6 metros do Observatório Europeu do Sul (ESO), também pode ajudar a identificar estrelas que possuem planetas em suas órbitas a partir da análise de sua composição química. Os dados foram divulgados ontem (09/11) na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

O Sol é apenas uma dentre bilhões de estrelas em nossa galáxia, mas a única encontrada até o momento que hospeda seres vivos. Isso leva os astrônomos a acreditar que a vida é algo extremamente raro no Universo. Além disso, as condições necessárias para o desenvolvimento da vida – como, por exemplo, água em estado líquido – ainda não são completamente conhecidas. Assim, os astrônomos voltam sua atenção ao único exemplo conhecido com vida. Especificamente, querem saber qual aspecto torna o Sol tão único. Quão parecido ou diferente é o Sol em comparação às outras estrelas do Universo? Diversos estudos conduzidos com “gêmeas solares” (estrelas com massa, temperatura e composição química muito parecidas com as do Sol) revelaram uma peculiaridade em nossa estrela hospedeira: ela possui um conteúdo de lítio muito mais baixo do que suas gêmeas de mesma idade.

Essa característica pode ser resultado do processo de formação do Sistema Solar. “Todo sistema planetário – composto tanto pela estrela quanto por seus planetas – é formado a partir de uma mesma nuvem de gás e poeira. Portanto, eles têm os mesmos elementos químicos disponíveis para a sua formação. Elementos que não são facilmente condensados a altas temperaturas [como o hidrogênio ou o nitrogênio] são encontrados geralmente em forma gasosa e são usados para compor a estrela e os planetas gasosos”, explicou à Assessoria de Imprensa do IAG-USP a astrônoma Anne Rathsam, autora principal do estudo e bolsista de doutorado da FAPESP.

“Por outro lado, elementos que se condensam com facilidade [por exemplo, o lítio e o ferro] formam sólidos, como os planetas rochosos. Sendo assim, é possível que o lítio seja ‘roubado’ da nuvem-mãe durante a formação dos sistemas planetários para compor os planetas, deixando a estrela hospedeira empobrecida em lítio”, acrescentou.

A pesquisa foi conduzida com dados do espectrógrafo High-Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) do ESO para 36 estrelas que possuem planetas e 156 estrelas sem planetas detectados. O espectrógrafo, que age como um prisma, decompõe a luz da estrela nas diferentes frequências e revela assinaturas que refletem a composição química da estrela. Seguindo esse princípio os pesquisadores puderam determinar o conteúdo de lítio das estrelas estudadas, comparando as com e sem planetas em busca de possíveis correlações.

Fazer essa comparação não é uma tarefa tão simples quanto parece: “O lítio é um elemento químico muito frágil. Ele é facilmente destruído no interior quente de estrelas e sua abundância tende a diminuir conforme elas envelhecem. Além disso, a quantidade de lítio que é destruída depende também da massa e do conteúdo de metais da estrela – quanto menor a massa ou maior a presença de metais, maior será a quantidade de lítio destruída. Assim, estrelas diferentes possuem conteúdos de lítio diferentes”, explicou Rathsam.

Dessa forma, a equipe selecionou para comparação apenas estrelas sem planetas com massas, idades e abundâncias de metais próximas às de estrelas com planetas. “Diversos estudos anteriores compararam a abundância de lítio de estrelas com e sem planetas sem selecionar estrelas de comparação parecidas com as hospedeiras de planetas, o que pode introduzir um viés na análise devido a todos os fatores que influenciam na abundância de lítio de uma estrela. Além disso, o problema costuma ser abordado de forma apenas qualitativa, sem uma tentativa de quantificar os efeitos da presença de planetas na abundância química da estrela. Assim, apesar da possível conexão entre lítio e a presença de planetas ser estudada há anos, os resultados de estudos anteriores eram inconclusivos”, completou a astrônoma.

Os resultados encontrados revelam que estrelas sem planetas conservam aproximadamente o dobro do conteúdo de lítio de estrelas com planetas. Os testes estatísticos feitos pelos pesquisadores indicam que é improvável que esse resultado seja obtido ao acaso, ou seja, a probabilidade de que ele reflete o comportamento real das estrelas é alta (cerca de 99%).

“Encontramos mais um argumento em favor da hipótese de que o Sol possui composição química diferente de suas estrelas gêmeas devido, ao menos parcialmente, à presença de planetas”, afirmou Rathsam. “Não apenas isso, mas agora podemos buscar por estrelas que possuem planetas a partir do estudo de suas abundâncias químicas. Quando identificarmos uma estrela com conteúdo de lítio anormalmente baixo, como no caso do Sol, teremos um indicativo de que ela pode ter planetas ainda não detectados em sua órbita.”

Elemento-chave

Em um contexto mais amplo, o estudo do lítio em diversos tipos de estrelas tem relevância fundamental na astronomia. Segundo o professor do IAG-USP que orientou a pesquisa, Jorge Meléndez, “o lítio é um elemento fascinante. A abundância desse elemento nas estrelas mais antigas da galáxia nos fornece informações cruciais sobre os primeiros minutos do Universo. Embora não seja possível enxergar diretamente o interior estelar, o lítio é importante, pois é sensível às condições de temperatura no interior das estrelas, o que permite avaliar modelos de evolução das estrelas. E, como mostrado em nosso estudo, esse elemento também parece ser chave para identificar estrelas que possuem planetas”.

Além da Bolsa de Doutorado Direto concedida a Rathsam, os pesquisadores receberam financiamento da FAPESP por meio de outros três projetos (18/04055-819/19208-7 e 20/15789-2). E também recursos da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes).

O artigo Lithium depletion in solar analogs: age and mass effects está disponível em: https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/525/3/4642/7257564?redirectedFrom=fulltext.

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