Conheça os exoplanetas do TOI-700: nossa melhor aposta para a vida alienígena

As estrelas anãs vermelhas deveriam ser inóspitas. Mas o TOI-700, agora com pelo menos dois mundos potencialmente habitáveis, é uma exceção.
O sistema exoplanetário TOI-700 agora tem quatro planetas conhecidos orbitando-o, com o terceiro planeta localizado na zona habitável 'otimista' e o quarto firmemente localizado na zona habitável. Apesar de ser uma estrela anã vermelha, TOI-700 poderia muito bem ser o lar de planetas habitados. ( Crédito : QUE)
Principais conclusões
  • Nosso Universo está repleto de estrelas, planetas e - muito provavelmente - vida, embora ainda não o tenhamos descoberto além da Terra.
  • No entanto, o candidato ideal será do tamanho da Terra, estável, a uma distância temperada de sua estrela-mãe e protegido da violência estelar.
  • O sistema TOI-700 fez sucesso anos atrás como o primeiro exoplaneta do tamanho da Terra dentro da 'zona habitável' descoberta pelo TESS.
  • Agora, um segundo exoplaneta do tamanho da Terra foi encontrado: desta vez na chamada “zona habitável otimista”. Esses dois mundos têm chances excelentes de vida, talvez com ainda mais por vir.
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Em algum lugar lá fora, provavelmente dentro da Via Láctea, está o primeiro planeta habitado que a humanidade descobrirá. Embora não saibamos que mundo é ou quanto tempo levará para encontrar essas bioassinaturas críticas e inequívocas, esperamos que observações cada vez melhores e mais sugestivas abram caminho para sua descoberta. Afinal, os ingredientes para a vida são encontrados em todo o Universo, e cada novo sistema estelar que se forma com planetas terrestres rochosos ao seu redor deve ser considerado como uma chance de algo notável e único surgir.



Desde 1990, descobrimos milhares de exoplanetas: planetas em órbita de outras estrelas. Muitos são aproximadamente do tamanho da Terra; muitos orbitam suas estrelas-mãe na distância certa para a existência potencial de água líquida em suas superfícies; muitos estão próximos o suficiente para que um futuro telescópio – tecnologicamente ao alcance antes da chegada do ano 2100 – possa imaginá-los diretamente e determinar se eles são realmente habitados ou não. Apesar do fato de que a esmagadora maioria dos exoplanetas conhecidos foram descobertos pela agora extinta missão Kepler da NASA, o sistema mais provável para abrigar a vida extraterrestre é o sistema planetário em torno da estrela TOI-700, descoberto pela missão TESS em andamento. Agora conhecido por ter pelo menos dois mundos do tamanho da Terra potencialmente habitados ao seu redor, pode ser a melhor aposta da humanidade para encontrar vida fora do nosso Sistema Solar.



  maior planeta Embora mais de 5.000 exoplanetas confirmados sejam conhecidos, com mais da metade deles descobertos pelo Kepler, não há verdadeiros análogos dos planetas encontrados em nosso Sistema Solar. Análogos de Júpiter, análogos da Terra e análogos de Mercúrio permanecem indescritíveis com a tecnologia atual.
( Crédito : NASA/Ames/Jessie Dotson e Wendy Stenzel; anotado por E. Siegel)

Quando se trata da busca por exoplanetas habitados, temos que ser honestos sobre o fato de que nossa ignorância é tremenda. Não sabemos com que frequência a vida surge no Universo ou onde é mais provável que isso aconteça. Não sabemos com que frequência essa vida sobrevive e prospera por longos períodos de tempo, ou com que frequência ela morre muito rapidamente. Não sabemos a probabilidade de um mundo desenvolver vida complexa ou mesmo inteligente, e não sabemos se as reações e processos químicos que fundamentam a vida na Terra são comuns, raros ou mesmo únicos em nosso tipo. planeta.



No entanto, como as leis que regem o Universo são as mesmas em todos os lugares e os ingredientes dentro de cada parte do Universo podem ser medidos, acreditamos que podemos identificar quais conjuntos de condições provavelmente serão os mais propícios à vida. Em particular, o candidato ideal para descobrir um exoplaneta potencialmente habitado deve corresponder às seguintes propriedades:

  • deve ser rochoso, com uma atmosfera rarefeita,
  • semelhante em tamanho à Terra, mas não muito maior,
  • em torno de uma estrela com uma produção de energia estável e contínua,
  • a uma distância propícia à presença de água líquida em sua superfície,
  • com uma abundância semelhante de elementos pesados ​​ao nosso próprio Sistema Solar,
  • onde já passou tempo suficiente para que a vida tenha um impacto transformador na biosfera do planeta,
  • e onde está perto o suficiente para que a tecnologia do futuro próximo possa revelar essas bioassinaturas importantes e relevantes.
  5000 exoplanetas Como são os planetas fora do nosso sistema solar, ou exoplanetas? Uma variedade de possibilidades é mostrada nesta ilustração. Os cientistas descobriram os primeiros exoplanetas na década de 1990. A partir de 2023, a contagem é de pouco mais de 5.000 exoplanetas confirmados. Nenhum é conhecido por ser habitado, mas alguns levantam possibilidades tentadoras.
( Crédito : NASA/JPL-Caltech)

A primeira – e sem dúvida a mais importante – restrição à vida é que qualquer mundo potencialmente habitável requer uma estrela adequada. Se sua estrela-mãe for muito massiva, ela passará por uma evolução estelar muito rapidamente, consumindo qualquer vida no planeta em apenas algumas centenas de milhões de anos: não há tempo suficiente para que algo interessante surja. Por outro lado, o tipo mais comum de estrela, as anãs vermelhas de baixa massa, exigem que seus planetas estejam em órbitas muito próximas e estreitas para receber uma quantidade apreciável de energia estelar, mas a essas distâncias, essas estrelas ativas e eruptivas remove facilmente qualquer atmosfera. Deve haver um “ponto ideal” entre os dois extremos, onde condições estáveis ​​e habitáveis ​​de longo prazo são prováveis.



A segunda restrição – indiscutivelmente, pelo menos tão importante quanto a primeira – está na natureza do próprio planeta em questão. Embora haja uma grande diferença entre as propriedades de um planeta que tem a massa/tamanho de algo como Vênus ou Terra e a massa/tamanho de algo como Urano ou Netuno, apenas um planeta com uma superfície sólida acessível e uma fina atmosfera gasosa são de interesse por formas de vida semelhantes às encontradas em nosso próprio planeta. Como resultado, os planetas do tamanho de Mercúrio provavelmente são muito pequenos, mas você só pode ser cerca de 25 a 30% maior que a Terra (e cerca de duas vezes mais massivo) antes que sua atmosfera se torne muito espessa para a vida semelhante à da Terra.



  super-Terra Quando classificamos os exoplanetas conhecidos por massa e raio juntos, os dados indicam que existem apenas três classes de planetas: terrestre/rochoso, com envelope de gás volátil, mas sem autocompressão, e com envelope volátil e com autocompressão . Qualquer coisa acima disso é uma estrela. O tamanho planetário atinge uma massa entre a de Saturno e Júpiter, com mundos cada vez mais pesados ​​ficando menores até que a verdadeira fusão nuclear acenda e uma estrela nasça. Acima de cerca de 1,25 raios da Terra, um envelope volátil é comum.
( Crédito : J. Chen e D. Kipping, ApJ, 2017)

Embora mais de 5.000 exoplanetas já tenham sido identificados, confirmados e caracterizados, muito poucos deles realmente são bons candidatos à vida de acordo com esses critérios. A maioria dos exoplanetas que foram encontrados são bastante maiores que a Terra e provavelmente têm um envelope volátil substancial de gases ao seu redor, desfavorecendo o potencial de vida na superfície. A maioria dos exoplanetas do tamanho da Terra que conhecemos são quentes: muito próximos de suas estrelas-mãe e bem dentro de qualquer definição razoável de uma “zona habitável”.

E a maioria dos exoplanetas do tamanho da Terra que são encontrados dentro das zonas habitáveis ​​de suas estrelas são encontrados em torno das estrelas de menor massa de todas: minúsculas estrelas anãs vermelhas que tendem a explodir copiosamente, tornando improvável a sobrevivência da atmosfera de um planeta em órbita. A maioria dos exoplanetas apontados como os prováveis ​​para abrigar vida – incluindo Proxima Centauri B e os planetas que orbitam o sistema TRAPPIST-1, por exemplo – são encontrados em torno de anãs vermelhas que queimam ativamente e que provavelmente arrancarão as atmosferas de qualquer mundo circundante. em breve.



O sistema TRAPPIST-1 contém os planetas mais terrestres de qualquer sistema estelar atualmente conhecido, e é mostrado em escalas de temperatura equivalentes ao nosso próprio Sistema Solar. Esses sete mundos conhecidos, no entanto, existem em torno de uma estrela anã vermelha de baixa massa e queima consistente. É plausível que exatamente nenhum deles tenha mais atmosferas, embora JWST certamente verifique.
( Crédito : NASA/JPL-Caltech)

É precisamente essa combinação de fatores que torna o sistema TOI-700 tão atraente e interessante. Embora TOI-700 seja uma estrela de classe M – uma anã vermelha – é uma das anãs vermelhas mais massivas que existem, com mais de 40% da massa do Sol. Como ele gira lentamente, completando um total de 360 ° gira uma vez a cada 54 dias (ainda mais lento que o Sol), seu nível de atividade é bastante baixo. Consistente com rotadores lentos, ela nunca foi vista em chamas, tem atividade de manchas solares insignificante e indica que a estrela já existe há algum tempo: pelo menos 1,5 bilhão de anos. Além disso, tem um conteúdo de elemento pesado quase idêntico ao nosso Sol.

TOI-700 foi inicialmente, a partir da missão TESS, descoberto por ter três planetas ao seu redor, agora é conhecido por possuir pelo menos quatro, com dois deles potencialmente habitados. Seus planetas conhecidos são:



  • TOI-700b, com um período orbital de 10 dias e um tamanho 91,4% maior que o da Terra,
  • TOI-700c, com um período orbital de 16 dias e um tamanho 2,6 vezes maior que o da Terra,
  • TOI-700e, o novo planeta, com período de 28 dias e 95% do tamanho da Terra,
  • e TOI-700d, o primeiro planeta do tamanho da Terra encontrado na zona habitável de um sistema estelar pelo TESS, com um período de 37 dias e um tamanho que é 105% da Terra.

Embora o TOI-700c seja provavelmente algum tipo de mini-Netuno, os outros três planetas são quase certamente rochosos. Curiosamente, agora que um quarto planeta foi descoberto, parece que esses planetas orbitam em uma série de ressonâncias. Em particular:



  • O TOI-700b completa 8 revoluções completas para cada 5 revoluções completas concluídas pelo TOI-700c,
  • O TOI-700c completa 7 revoluções completas para cada 4 revoluções do TOI-700e,
  • e o TOI-700e completa 4 voltas toda vez que o TOI-700d completa 3 voltas.

Com a quantidade limitada de tempo de observação de qualidade que o TESS gasta em um alvo individual como este, é importante reconhecer que provavelmente existem mais mundos externos ao TOI-700d que ainda precisam ser descobertos e que mais tempo de observação será a chave para descobrir eles.

É importante ressaltar que ao redor de cada estrela deve haver uma região que chamamos de zona habitável: onde, se o planeta tivesse uma atmosfera e composição semelhantes à da Terra, teria água líquida em sua superfície à distância atual de sua estrela-mãe. . Há também a zona habitável estendida (ou otimista), onde um pouco de mexer nas propriedades atmosféricas do planeta ainda pode admitir água líquida na superfície sob as condições certas.



O recém-descoberto exoplaneta TOI-700e pode ou não ser habitado, pois está na fronteira do que atualmente consideramos a zona habitável. Ao fundo, o mais distante TOI-700d é definitivamente um candidato a um mundo habitado.
( Crédito : NASA/JPL-Caltech/Robert Hurt)

Quando você aplica esse conjunto de condições ao sistema TOI-700, descobre que os dois planetas internos, TOI-700b e TOI-700c, são quentes demais para serem interessantes para qualquer tipo de atividade biológica, com o TOI-700c também enfrentando a questão de provavelmente não ser um planeta rochoso. TOI-700e e TOI-700d, no entanto, são quase certamente de natureza rochosa, com o planeta mais interno sendo encontrado na zona habitável “otimista” e o planeta mais externo localizado na zona habitável normal. Ambos os planetas, mesmo que presos à sua estrela, ainda podem ser excelentes candidatos para hospedar vida e serem realmente habitados.

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Há também a sugestão - convincente por causa de quão além da órbita do TOI-700d a zona habitável da estrela-mãe se estende - que talvez haja outro planeta, talvez também rochoso, que exista talvez bem no meio da área habitável do TOI-700. zona. Com mais dados do TESS e a oportunidade de detectar trânsitos menos frequentes, mas ainda periódicos, podemos ter até três ou até quatro mundos candidatos que podem abrigar vida.



A arquitetura atual e conhecida do sistema TOI-700, com quatro exoplanetas conhecidos, um na zona habitável otimista e outro na zona habitável conservadora. Mais planetas rochosos podem existir mais longe na zona habitável também; precisaremos de mais e melhores dados para determinar se esse é o caso.
( Crédito : Goddard Space Flight Center da NASA)

Há muitas preocupações sobre se a vida é possível em torno de uma estrela anã vermelha de classe M, no entanto, isso não é necessariamente tão fácil de descartar. Essas anãs vermelhas, em geral, têm praticamente a garantia de travar seus planetas em órbita para si mesmas, de modo que um lado sempre esteja voltado para sua estrela-mãe e o lado oposto sempre voltado para o outro lado. Em média, eles emitem muito pouca radiação ultravioleta e a maior parte de sua energia está na luz infravermelha, mas com rajadas de raios-X e muitas explosões. Muitas vezes, é por isso que as pessoas falam sobre estrelas semelhantes ao Sol - a classe K (um pouco menos massiva que o Sol), a classe G (que inclui o Sol) e a classe F (um pouco mais massiva que o Sol) - como candidatos ideais para planetas habitados.

Mas este é apenas um pensamento geral, não uma regra rígida. TOI-700 é muito interessante para uma estrela anã vermelha, porque muito parecido com duas das estrelas de interesse de Kepler, Kepler-186 e Kepler 438, ambos os quais também possuem planetas potencialmente rochosos e habitáveis, é muito próximo da fronteira entre K-classe e estrelas de classe M. Se essas estrelas não brilharem e não retirarem as atmosferas de seus planetas em órbita, elas podem ser locais relativamente ideais para a vida surgir e prosperar por períodos de tempo extremamente longos.

Com a atmosfera errada, como uma dominante de CO2, o calor seria transportado uniformemente por todo o TOI-700d, desfavorecendo-o severamente por toda a vida. Mas com uma atmosfera de CO2, exoplanetas em torno de estrelas anãs vermelhas podem ser vistos e detectados pelo JWST com a técnica de espectroscopia de trânsito.
( Crédito : Engelmann-Suissa et al./Nasa's Goddard Space Flight Center)

É importante ressaltar que há muitos novos dados chegando neste sistema. O TESS está prestes a entrar em um período em que irá pesquisar a região do céu que contém esta estrela e seu sistema de planetas, coletando mais dados que podem potencialmente revelar outros planetas externos. Tem havido uma quantidade substancial de tempo de observação concedido para usar o instrumento ESPRESSO a bordo do Very Large Telescope do ESO para rastrear como o movimento da estrela-mãe, TOI-700, muda ao longo do tempo, o que deve fazer um excelente trabalho ao revelar as massas planetárias dos planetas presentes neste sistema, particularmente os mais internos.

E também há dados sobre o espectro ultravioleta da estrela, o que pode levar a conclusões sobre os prováveis ​​comportamentos e propriedades atmosféricas encontrados nos planetas em órbita. Embora todos os planetas provavelmente estejam bloqueados por maré, ainda existem cenários viáveis ​​em que esses mundos são habitáveis. Se a atmosfera for rica em dióxido de carbono, o mundo será uniformemente quente, com ventos que circundam o planeta. Embora a vida seja desfavorecida, um mundo úmido e coberto de oceano com essas propriedades ainda pode permitir a habitabilidade. Mas um mundo sem nuvens e sem oceanos com uma atmosfera semelhante à da Terra possuiria ventos direcionados do lado noturno para o lado diurno, com um anel de habitabilidade potencial no limite dia/noite. Com as próximas medições, poderemos fazer inferências sobre a potencial habitabilidade dos mundos circundantes.

Condições mais semelhantes à da Terra podem surgir no TOI-700d com o equilíbrio certo entre seus diferentes componentes atmosféricos. Ao longo da área semelhante a um anel entre o limite dia/noite, a vida pode estar prosperando agora.
( Crédito : Engelmann-Suissa et al./Nasa's Goddard Space Flight Center)

Existem apenas alguns poucos sistemas planetários que são candidatos verdadeiramente excelentes para ter mundos habitados ao seu redor, e o sistema TOI-700 é, por muitas métricas, um candidato ao sistema mais provável conhecido hoje por abrigar atividade biológica ao seu redor. Já existe há mais de 1,5 bilhão de anos: tempo mais do que suficiente para a atividade biológica transformar a fina região onde a superfície do planeta encontra sua atmosfera em uma rica biosfera, com o potencial de desencadear mudanças em todo o planeta em suas próprias atmosferas.

Se a vida transformasse a composição do conteúdo atmosférico de tal mundo, poderíamos potencialmente detectá-la com um futuro observatório, como o próximo Habitable Worlds Observatory ou, alternativamente, a proposta missão LUVOIR. Embora ainda não tenhamos encontrado nossa primeira instância de um planeta habitado além do planeta Terra, é algo que não está apenas ao alcance da tecnologia do século 21, é algo que estamos nos aproximando, pouco a pouco, com cada observação subsequente. Há agora um pequeno número de sistemas que são alvos excelentes na busca por vida além de nosso próprio quintal e, a apenas 101 anos-luz de distância, o TOI-700 pode fornecer à humanidade nossa melhor oportunidade até agora!

Ethan Siegel agradece à Dra. Emily Gilbert e Gabrielle Suissa pelas discussões informativas sobre o sistema TOI-700.

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