Podem os planetas similares a Terra estarem repletos de carbono?

Podem os planetas extrasolares consistir em globos de grafite e diamante?

Os planetas similares a Terra ao redor de outras estrelas podem estar compostos não de rochas mas sim de carbono, com uma crosta de grafite, um interior de diamante e oceanos de alcatrão. Crédito: Lynette Cook

A astronomia é a ciência do exótico, no entanto, o que os astrônomos mais desejam encontrar é apenas o que nos é familiar: outro planeta como a Terra, um rosto hospitaleiro em um Cosmos altamente hostil. O observatório espacial Kepler, que foi lançado em março de 2009 é atualmente o melhor instrumento para descobrir planetas similares a Terra ao redor de estrelas similares ao Sol, ao contrário dos planetas gigantes que os caçadores de exoplanetas têm descoberto até o momento. Muitos até estimam que o ano de 2010 será o ano das exo-Terras. Mas se os exoplanetas gigantes até então encontrados, que efetivamente não têm o aspecto que os astrônomos estavam esperando, servem de alguma indicação para nós, essas exo-Terras também não devem ser mundos familiares.

Os teóricos tem estimado nos últimos anos que outros planetas com a massa da Terra podem ser enormes gotas de água, bolas de nitrogênio ou pedaços de ferro. Dê o nome do seu elemento ou composto favorito e alguém irá imaginar um planeta feito primordialmente do mesmo. Na prática, o espectro de possibilidades depende em grande parte da proporção relativa entre o carbono e o oxigênio. Depois dos elementos mais leves (hidrogênio e hélio), sabemos que o carbono e o oxigênio são verdadeiramente os elementos mais comuns em todo o universo. Em um sistema planetário, no seu bojo, estes se emparelham para formar o monóxido de carbono. Assim, o elemento deste par que têm um ligeiro excesso termina por dominar a química do planeta.

Sabemos também que em nosso Sistema Solar (novamente, excluindo o hidrogênio e o hélio da química do planetas), o oxigênio é o elemento predominante. Embora tenhamos a tendência de pensar que nosso planeta está definido principalmente pelo carbono (o elemento chave para a vida), o carbono é na verdade um constituinte menor nos planetas telúricos do Sistema Solar. Os planetas terrestres estão repletos de minerais de silicatos, que são ricos em oxigênio. Além disso, o Sistema Solar exterior tem em abundância outro composto rico em oxigênio: a água.

Um novo estudo nos mostra em detalhes do mecanismo pelo qual se perde o carbono. Jade Bond da Universidade de Arizona e o Instituto de Ciências Planetárias (PSI), Dante Lauretta de Arizona e David O’Brien de PSI simularam como os elementos químicos ficaram distribuídos ao redor do Sistema Solar quando este se formou. Os cientistas acharam que o carbono permaneceu em estado gasoso dentro do disco de matéria proto-planetária e que eventualmente foi varrido para o espaço [possivelmente pelo vento solar], deixando a agitada Terra embrionária sem este vital elemento. Os pesquisadores concluíram que o carbono de nossos corpos deve ter sido trazido posteriormente pelo bombardeamento de asteróides e cometas, que se formaram sob condições que lhes permitiram incorporar este elemento químico.

Se o equilíbrio de carbono-oxigênio tivesse tomado outro caminho, a Terra resultante seria muito diferente, tal como defenderam em 2005, Marc Kuchner, que estava na Universidade de Princeton, e Sara Seager, que estava na Instituição Carnegie de Washington. A Terra não seria fortemente composta de silicatos, mas sim de compostos baseados no carbono tais como o carbeto de silício (carborundum) e também o próprio carbono puro. A crosta seria principalmente de grafite e a uns poucos quilômetros abaixo da superfície as pressões seriam tão altas que formariam uma capa rígida de diamante e outros cristais. Em lugar da água em estado sólido, a Terra teria monóxido de carbono metano congelado (em estado sólido) e em lugar de água líquida, possuiria oceanos de alcatrão.

Diagrama mostra os perfis dos exoplanetas considerando sua massa e tamanho (em relação a Terra). É importante notar aqui a similaridade dos perfis dos mundos de carbono e dos formados por silicatos como a Terra. Crédito: NASA

A galáxia possivelmente deve estar repleta de tais mundos de carbono. De acordo com um estudo observacional citado por Bond, em média as estrelas hospedeiras de exoplanetas têm uma proporção maior de carbono a oxigênio do que tem o nosso Sol e as simulações de sua equipe prevêem que os sistemas mais enriquecidos dão nascimento a planetas de carbono. “Algumas destas composições diferem muito da solar e como resultado produzem planetas terrestres com composições radicalmente distintas”, comenta Bond.

Com certeza, outros estudos têm apontado que o Sol é indistinguível das estrelas médias de sua classe. A nave Kepler pode ajudar a solucionar a questão, porque a limitada quantidade de informação que a sonda pode coletar a partir dos exoplanetas – sua massa e diâmetro – já será o bastante para nos informar sua composição geral.

As Terras de carbono poderiam ser especialmente predominantes em configurações estelares mais estranhas, tais como ao redor de anãs brancas e estrelas de nêutrons. As regiões da galáxia que são normalmente ricas em elementos pesados, tais como o centro galáctico, têm proporções de carbono a oxigênio maiores. Conforme passa o tempo e as estrelas seguem fabricando elementos pesados, o equilíbrio global acaba por fim se inclinando a favor do carbono.

Estes e outros descobrimentos astronômicos dão uma volta em nossas idéias do que soa familiar e no que consiste o estranho: A maior parte da galáxia é composta de matéria escura, a maior parte dos sóis são mais tênues e avermelhados que nosso Sol e agora parece que outras Terras podem que não ser efetivamente terrestres. Se algo se diverge do padrão cósmico e merece a pena chamar de exótico, somos nós mesmos.

Fontes

O artigo acima é uma tradução livre, com adaptações editoriais e complementos, baseada nas fontes abaixo:

1. Scientific American: Earth-Like Planets May Be Made of Carbon – Could extrasolar planets consist of graphite and diamond? por George Musser
2. NASA (2007): Scientists Model a Cornucopia of Earth-sized Planets

Artigo Científico

MASS-RADIUS RELATIONSHIPS FOR SOLID EXOPLANETS por S. Seager, M. Kuchner, C. A. Hier-Majumder e B. Militzer

Link

• AstroPT: Planetas Terrestres

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