Começa Com Um Estrondo

Como foi quando os primeiros planetas habitáveis se formaram?

Um planeta candidato a ser habitado sem dúvida sofrerá catástrofes e eventos de extinção. Se a vida deve sobreviver e prosperar em um mundo, ela deve possuir as condições intrínsecas e ambientais certas para permitir que assim seja. (CENTRO DE VÔO ESPACIAL DA NASA GODDARD)

Os primeiros planetas eram apenas gás. O segundo incluía os rochosos, mas a vida não era possível. Veja como finalmente chegamos lá.

Aqui no Universo hoje, planetas potencialmente habitáveis estão praticamente em toda parte. A Terra pode ser o modelo para o que pensamos ser habitável, mas podemos imaginar uma ampla variedade de circunstâncias muito diferentes das nossas que também podem sustentar a vida a longo prazo.

Quando chegamos à formação da Terra, porém, mais de 9 bilhões de anos se passaram desde que o Big Bang ocorreu pela primeira vez. É extremamente irracional supor que o Universo exigiu todo esse tempo para criar as condições necessárias para a habitabilidade. Quando olhamos para a receita de um habitável, eles podem ter se originado muito antes. O ingredientes para a vida são uma parte do quebra-cabeça , mas eles não são toda a história. Temos que ir mais fundo para formar um planeta habitável.

Alguns dos átomos e moléculas encontrados no espaço na nuvem de Magalhães, conforme fotografado pelo Telescópio Espacial Spitzer. A criação de elementos pesados, moléculas orgânicas, água e planetas rochosos foram todos necessários para que tivéssemos uma chance de acontecer. (NASA/JPL-CALTECH/T. PYLE (SSC/CALTECH))

A primeira coisa que você precisa é o tipo certo de estrela. Pode haver todos os tipos de cenários em que um planeta pode sobreviver em torno de uma estrela ativa e violenta e permanecer habitável apesar da hostilidade. Estrelas anãs vermelhas, como Proxima Centauri, podem emitir erupções e correr o risco de destruir a atmosfera de um planeta potencialmente habitável, mas não há razão para que um campo magnético, uma atmosfera espessa e vida inteligente o suficiente para buscar refúgio durante um evento tão intenso todos podem se combinar para tornar esse mundo habitável de forma sustentada.

Mas se a sua estrela é muito curta, a habitabilidade é impossível. A primeira geração de estrelas, conhecidas como estrelas da População III, falha por causa disso. Precisamos que as estrelas contenham pelo menos alguns metais (elementos pesados além do hélio), ou não viverão o suficiente para que um planeta se torne hospitaleiro à vida, o que já nos coloca cerca de 250 milhões de anos após o Big Bang.

As primeiras estrelas e galáxias do Universo serão cercadas por átomos neutros de (principalmente) gás hidrogênio, que absorve a luz das estrelas. As grandes massas e altas temperaturas dessas primeiras estrelas ajudam a ionizar o Universo, mas sem elementos pesados, a vida e os planetas potencialmente habitáveis são totalmente impossíveis. (NICOLE RAGER FULLER / FUNDAÇÃO NACIONAL DE CIÊNCIAS)

Supondo que possamos formar estrelas de massas baixas o suficiente para que possam continuar a queimar por bilhões de anos, o próximo ingrediente de que precisamos é o tipo certo de planeta. Até onde entendemos a vida, isso significa que o mundo precisa:

um gradiente de energia, onde tem uma entrada de energia não uniforme,
a capacidade de manter uma atmosfera suficientemente substancial,
água líquida de alguma forma na superfície,
e as matérias-primas certas para que a vida, dada a confluência certa das circunstâncias, possa sobreviver e prosperar.

Um planeta rochoso de tamanho grande o suficiente, formando-se com a densidade atmosférica certa e orbitando seu mundo na distância certa, tem uma chance. Dado todos os planetas que poderiam se formar em torno de uma nova estrela e o número astronômico de estrelas formadas em cada galáxia, essas três primeiras condições são fáceis de atender.

30 discos protoplanetários, ou proplyds, fotografados pelo Hubble na Nebulosa de Órion. Formar uma estrela com planetas rochosos ao seu redor é relativamente fácil, mas formar uma com condições semelhantes à da Terra de maneiras sutis, mas importantes, é muito mais desafiador. (NASA/ESA E L. RICCI (ESO))

Orbitar uma estrela fornecerá um gradiente de energia, como orbitar um planeta, ter uma lua grande ou simplesmente ser geologicamente ativo. Seja a partir da entrada solar ou da atividade hidrotermal/geotérmica, uma entrada de energia não uniforme é fácil. Com elementos suficientes de carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e alguns outros, uma atmosfera substancial permitirá água líquida na superfície. Planetas com essas condições devem existir quando o Universo tiver apenas 300 milhões de anos.

Uma ilustração de um disco protoplanetário, onde planetas e planetesimais se formam primeiro, criando “lacunas” no disco quando o fazem. O disco externo fornece o material que acaba criando os mantos, crostas, atmosferas e oceanos de planetas como o nosso. São necessárias muitas gerações de estrelas para chegar a um sistema planetário que possa ter um planeta parecido com a Terra com os níveis certos de abundância de elementos pesados para sustentar a vida como a conhecemos. (NAOJ)

Mas a principal barreira a ser superada aqui é ter o suficiente desses elementos mais pesados essenciais à vida como a conhecemos na tabela periódica. E isso leva mais tempo do que simplesmente fazer planetas rochosos com as condições físicas corretas.

A razão pela qual você precisa desses elementos é permitir as reações bioquímicas corretas de que precisamos para ter processos vitais. Em locais nos arredores de grandes galáxias, pode levar muitos bilhões de anos para que gerações suficientes de estrelas vivam e morram para chegar à abundância necessária.

A relação entre onde as estrelas estão localizadas na Via Láctea e sua metalicidade, ou a presença de elementos pesados. Estrelas a cerca de 3.000 anos-luz do disco central da Via Láctea, em uma distância de dezenas de milhares de anos-luz, têm abundância de elementos pesados extremamente semelhantes ao Sistema Solar. Mas no início da história do Universo, você precisa se aproximar do centro galáctico de uma galáxia espiral ou nos locais corretos de entrada de uma elíptica altamente evoluída para encontrar esses níveis de elementos pesados. (COLABORAÇÃO ZELJKO IVEZIC/UNIVERSIDADE DE WASHINGTON/SDSS-II)

Mas no coração das galáxias, onde a formação de estrelas ocorre com frequência, continuamente e a partir dos remanescentes reciclados de gerações anteriores de supernovas, nebulosas planetárias e fusões de estrelas de nêutrons, essa abundância pode aumentar rapidamente. Mesmo em nossa própria galáxia, o aglomerado globular Messier 69 chega a 22% do conteúdo de elementos pesados do nosso Sol quando o Universo tem apenas 700 milhões de anos.

O aglomerado globular Messier 69 é altamente incomum por ser incrivelmente antigo, com apenas 5% da idade atual do Universo, mas também por ter um teor de metal muito alto, com 22% da metalicidade do nosso Sol. (HUBBLE LEGACY ARCHIVE (NASA / ESA / STSCI), VIA HST / WIKIMEDIA COMMONS USUÁRIO FABIAN RRRR)

O centro galáctico, no entanto, é um lugar relativamente difícil para um planeta ser considerado habitável além de qualquer dúvida razoável. Onde quer que você tenha estrelas se formando continuamente, você tem uma quantidade espetacular de fogos de artifício cósmicos. Explosões de raios gama, supernovas, formação de buracos negros, quasares e nuvens moleculares em colapso criam um ambiente que é, na melhor das hipóteses, precário para a vida surgir e se sustentar.

Para termos um ambiente onde possamos afirmar com confiança que a vida surge e se mantém, precisamos que esse processo chegue a um fim abrupto. Precisamos de algo para acabar com a formação de estrelas, o que, por sua vez, põe fim à atividade que mais ameaça a habitabilidade de um mundo. É por isso que os planetas habitáveis mais antigos e sustentados podem não estar em uma galáxia como a nossa, mas sim em uma galáxia vermelha e morta que deixou de formar estrelas bilhões de anos atrás.

Aglomerados de galáxias, como Abell 1689, são as maiores estruturas ligadas no Universo. Quando as espirais se fundem, por exemplo, um grande número de novas estrelas se forma, mas após a fusão ou acelerando através do meio intra-aglomerado, o gás pode ser removido, levando ao fim da formação estelar. (NASA, ESA, E. JULLO (JET PROPULSION LABORATÓRIO), P. NATARAJAN (YALE UNIVERSITY) E J.-P. KNEIB (LABORATÓRIO DE ASTRÓFÍSICA DE MARSELHA, CNRS, FRANÇA))

Quando olhamos para as galáxias hoje, cerca de 99,9% delas ainda têm populações de gás e poeira, o que levará a novas gerações de estrelas e formação constante e contínua de estrelas. Mas cerca de 1 em 1.000 galáxias pararam de formar novas estrelas há cerca de 10 bilhões de anos ou mais. Quando seu combustível externo acabou, o que pode ocorrer após uma grande fusão galáctica catastrófica, a formação de estrelas termina abruptamente. Sem a formação de novas estrelas, as mais massivas e azuis simplesmente terminam suas vidas quando ficam sem combustível, deixando as estrelas mais frias e vermelhas como as únicas sobreviventes. Essas galáxias são, hoje, conhecidas como galáxias vermelhas e mortas como resultado, porque todas as suas estrelas são estáveis, velhas e desimpedidas pela violência que a nova formação de estrelas traz.

Uma delas, a galáxia NGC 1277, pode até ser encontrada em nosso relativo quintal cósmico.

A galáxia ‘vermelha e morta’ NGC 1277 é encontrada dentro do aglomerado de Perseu. Enquanto as outras galáxias contêm uma mistura de estrelas vermelhas e azuis, esta galáxia não forma novas estrelas há aproximadamente 10 bilhões de anos. (NASA, ESA, M. BEASLEY (INSTITUTO DE ASTRIFÍSICA DAS ILHAS CANÁRIAS) E P. KEHUSMAA)

A receita para um planeta habitável, no mínimo, pode ser

formar estrelas rapidamente,
de novo e de novo,
em uma região muito densa de uma grande galáxia,
seguido por uma grande fusão,
resultando em uma enorme explosão estelar,
seguido por um fim súbito da formação de estrelas que persiste por um futuro indefinido.

Isso pode nos levar a estrelas e planetas com abundância de elementos pesados semelhantes ao Sol em pouco mais de um bilhão de anos, onde a formação de estrelas termina quando o Universo tem apenas uma sombra abaixo de dois bilhões de anos.

Arp 116, dominado pela gigante elíptica Messier 60. Sem grandes populações de gás para formar novas estrelas, as estrelas já existentes dentro da galáxia acabarão se extinguindo, deixando pouco que possa iluminar os céus para trás. As galáxias elípticas ricas em metais que ficaram sem combustível mais rapidamente podem ser os melhores lugares para procurar os primeiros planetas habitáveis a surgir no Universo. (TELESCÓPIO ESPACIAL HUBBLE DA NASA/ESA)

É uma estimativa extremamente rápida e otimista, mas existem cerca de dois trilhões de galáxias no Universo hoje e, portanto, galáxias que são esquisitices cósmicas e discrepâncias estatísticas como essa certamente existirão. As únicas questões que permanecem são as de abundância, probabilidade e escalas de tempo. A vida pode surgir no Universo antes que o limiar de um bilhão de anos seja alcançado, mas um mundo sustentado e continuamente habitável é uma conquista muito maior do que a vida meramente surgindo.

Quando o Universo tiver menos de dois bilhões de anos – apenas 13 a 14% de sua idade atual – devemos ter galáxias nele com estrelas semelhantes ao Sol, planetas semelhantes à Terra e nada para impedir o surgimento ou a sustentação da vida. Os ingredientes para a vida devem estar lá. As condições para a vida como a conhecemos deveriam existir. O único passo que resta é aquele que a própria ciência ainda não sabe como dar: das condições e ingredientes certos para a vida aos organismos vivos reais.

Leitura adicional sobre como era o Universo quando: