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Zona habitável galáctica

Em exobiologia e astrofísica planetária, a zona habitável galáctica é a região de uma galáxia em que a vida provavelmente poderá se desenvolver. Mais especificamente, o conceito de zona habitável galáctica incorpora vários fatores, tais como a metalicidade e a taxa de grandes catástrofes como supernovas, a fim de calcular quais as regiões da galáxia são mais propensos a formar planetas terrestres, inicialmente, desenvolver vida simples, e proporcionar um ambiente adequado para esta vida para evoluir e avançar.[1] De Acordo com pesquisa publicada em agosto de 2015, muitas galáxias grandes podem favorecer o nascimento e o desenvolvimento de planetas habitáveis mais do que as menores galáxias como a via Láctea.[2] No caso da via Láctea, acredita-se que sua zona habitável galáctica seja um anel com um raio exterior de cerca de 10 kiloparsecs e um raio interior perto do centro galáctico (com rígidos limites de falta de raios).

A teoria da zona habitável galáctica tem sido criticada devido a uma incapacidade de quantificar com precisão os fatores que fazem uma região de uma galáxia favorável para o surgimento de vida.[3] Além disso, as simulações computacionais sugerem que as estrelas podem alterar suas órbitas em torno do centro galáctico significativamente, portanto, desafiando pelo menos parte de que algumas áreas galácticas são, necessariamente, mais suportadoras de vida do que outras.[4][5][6]

Fundo

A ideia da zona habitável circumstelar foi introduzida em 1953 por Hubertus Strughold e Harlow Shapley[7][8] e, em 1959, por Su-Shu Huang[9] como a região em torno de uma estrela em que um planeta poderia reter água em sua superfície. A partir da década de 1970, cientistas planetários e exobiologistas começaram a considerar vários outros fatores necessários para a criação e sustento da vida, incluindo o impacto que uma supernova vizinha pode ter consequências sobre o desenvolvimento da vida.[10] Em 1981, Jim Clarke propôs que a falta aparente de civilizações extraterrestres na via Láctea poderia ser explicada por explosões do tipo Seyfert a partir de um núcleo galáctico ativo, com a Terra sendo apenas poupada dessa radiação em virtude de sua localização na galáxia.[11] No mesmo ano, Wallace Hampton Tucker analisou a habitabilidade galáctica em um contexto mais geral, mas depois o trabalho substituiu suas propostas.[12]

A teoria da zona habitável galáctica moderna foi introduzida em 1986 por L. S. Marochnik e L. M. Igor, que definiu a zona como a região na qual vida inteligente pudesse existir.[13] Donald Brownlee e o paleontólogo Peter Ward expandiu o conceito de zona habitável galáctica, bem como a outros fatores necessários para o surgimento da vida complexa, em seu livro de 2000 Terra Rara: Por que a Vida Complexa é Incomum no Universo.[14] Nesse livro, os autores utilizaram a zona habitável galáctica, entre outros fatores, para argumentar que a vida inteligente não é uma ocorrência comum no Universo.

A ideia de uma zona habitável galáctica foi desenvolvida em 2001 em um papel por Ward e Brownlee, com a colaboração de Guillermo Gonzalez, da Universidade de Washington.[10][15] Naquele papel, Gonzalez, Brownlee, e o Ala afirmaram que as regiões perto do halo galáctico teriam a falta de elementos mais pesados necessários para produzir planetas habitáveis terrestres, criando assim um limite exterior para o tamanho da zona habitável galáctica. No entanto, se um planeta está muito perto do centro galáctico, ele iria se expor a inúmeras supernovas e outros eventos energéticos cósmicos, bem como o excessivo impato cometário causados por perturbações da estrela da nuvem de Oort. Portanto, os autores estabeleceram um limite interior para a zona habitável galáctica, localizado fora do bojo galáctico.

Considerações

A fim de identificar a localização da galáxia como sendo uma parte da zona habitável galáctica, uma variedade de fatores deve ser levada em conta. Estes incluem a distribuição de estrelas e braços espirais, a presença ou ausência de um núcleo galáctico ativo, a frequência de supernovas pertas que podem ameaçar a existência da vida, a metalicidade do local e outros fatores. Sem cumprir estes fatores, não é possível uma região galáctica criar ou sustentar a vida com eficiência.

Evolução química

A metalicidade do disco galáctico fino é muito maior do que a do halo galáctico periférico.
A metalicidade do disco galáctico fino é muito maior do que a do halo galáctico periférico.

Um dos requisitos mais básicos para a existência de vida em torno de uma estrela é a possibilidade de que a estrela produza um planeta terrestre de massa suficiente para sustentá-la. Vários elementos, como ferro, magnésio, titânio, carbono, oxigênio, silício, e outros, são necessárias para produzir planetas habitáveis, e a concentração e proporções destes variam ao longo da galáxia.

Um importante rádio elemente é o de [Fe/H], um dos factores que determinam a propensão de uma região da galáxia para produzir planetas terrestres. O bojo galáctico, a região da galáxia mais próxima do centro galáctico, tem uma distribuição de [Fe/H] atingindo -0.2 expoentes decimais de unidades (dex) em relação ao Sol; o disco fino, onde o Sol está localizado, tem uma metalicidade média de -0.02 dex na distância orbital do Sol em torno do centro galáctico, a redução de 0,07 dex para cada kiloparsec adicional de distância orbital. O disco de espessura estendida tem uma média de [Fe/H] de -0.6 dex, enquanto o halo, a região mais afastada do centro galáctico, tem a menor distribuição de [Fe/H], em torno de -1.5 dex. Além disso, os rádios, tais como [C/O], [Mg/Fe], [Si/Fe], e [O/Fe] podem ser relevantes para a capacidade de uma região galáctica formar planetas habitáveis terrestres, e o [Mg/Fe] e [Si/Fe] são lentamente reduzidas ao longo do tempo, o que significa que o futuro planetas terrestres são mais propensos a possuir maiores núcleos de ferro.

Além de quantidades específicas dos vários elementos estáveis que compõem um planeta de massa terrestre, uma abundância de radionuclídeos, tais como 40K, 235U, 238U e 232Th é necessária para aquecer o interior do planeta e do poder do processo de sustentação da vida, tais como as placas tectônicas, vulcanismo, e um dínamo geomagnético. Os rádios [U/H] e [Th/H] são dependentes do rádio [Fe/H]; no entanto, uma função geral para a abundância de 40K não pode ser criada com os dados existentes.

Mesmo em um planeta habitável com suficiente radioisótopos para o aquecimento de seu interior, várias moléculas prebióticas são necessárias para produzir a vida; portanto, a distribuição destas moléculas na galáxia é importante para a determinação da zona habitável galáctica. Um estudo de 2008, por Samantha Blair e colegas tentaram determinar o limite exterior da zona habitável galáctica por meio da análise de formaldeído e emissões de monóxido de carbono de diferentes nuvens moleculares gigantes espalhadas por toda a via Láctea; no entanto, os dados não são conclusivo e nem completos.

Enquanto a alta metalicidade é benéfica para a criação de um planetas extrassolar terrestre, um montante em excesso pode ser prejudicial para a vida. O excesso de metalicidade pode levar à formação de um grande número de planetas gasosos em um determinado sistema, que posteriormente podem migrar para fora da linha de gelo do sistema e tornar-se um Júpiter quente, um planeta perturbador que teria sido localizado na zona habitável circumstelar do sistema.[15] Assim, verificou-se que o princípio dos Cachinhos aplica-se a metalicidade, bem como, sistemas de baixa metalicidade têm baixas probabilidades de formar planetas de massa terrestre, enquanto a metalicidade excessiva pode causar um grande número de planetas gasosos, interrompendo a dinâmica orbital do sistema e alterando a habitabilidade dos planetas do sistema.

Eventos catastróficos

O impacto de supernovas na zona habitável galáctica estendida foi extensamente estudada.
O impacto de supernovas na zona habitável galáctica estendida foi extensamente estudada.

Em adição a supernova, erupções de raios gama, quantidades excessivas de radiação, perturbações com relação a gravidade e e vários outros eventos têm afetado a distribuição de vida na galáxia. Estes incluem, de forma controversa, indagações sobre ocorrências de "marés galáticas" com potencial para induzir impactos cometários ou até de matéria escura fria,[16] que poderiam atravessar os organismos e induzir mutações genéticas.[17] Entretanto, o impacto de muitos desse eventos seria difícil de ser quantificado.

Referências

  1. Gowanlock, M. G.; Patton, D. R.; McConnell, S. M. (1 de novembro de 2011). «A Model of Habitability Within the Milky Way Galaxy». Astrobiology. 11: 855–873. ISSN 1531-1074. doi:10.1089/ast.2010.0555 
  2. Choi, Charles Q. (21 de agosto de 2015). «Giant Galaxies May Be Better Cradles for Habitable Planets». Space.com 
  3. Prantzos, Nikos (1 de março de 2008). «On the ``Galactic Habitable Zone». Space Science Reviews. 135: 313–322. ISSN 0038-6308. doi:10.1007/s11214-007-9236-9 
  4. Roskar, Rok; Debattista, Victor P.; Quinn, Thomas R.; Stinson, Gregory S.; Wadsley, James (1 de setembro de 2008). «Riding the Spiral Waves: Implications of Stellar Migration for the Properties of Galactic Disks». The Astrophysical Journal Letters. 684: L79. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/592231 
  5. «Immigrant Sun: Our Star Could be Far from Where It Started in Milky Way». www.newswise.com. Consultado em 31 de julho de 2017 
  6. Battersby, Stephen (30 de novembro de 2011). «Earth's wild ride: Our voyage through the Milky Way». New Scientist (em inglês) 
  7. Strughold, Hubertus (1953). The Green and Red Planet: A Physiological Study of the Possibility of Life on Mars. [S.l.: s.n.] 
  8. James Kasting (2010). How to Find a Habitable Planet. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-691-13805-3 
  9. Huang, Su-Shu (1 de abril de 1960). «Life-Supporting Regions in the Vicinity of Binary Systems». Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 72. 106 páginas. ISSN 0004-6280. doi:10.1086/127489 
  10. a b Gonzalez, Guillermo; Brownlee, Donald; Ward, Peter (1 de julho de 2001). «The Galactic Habitable Zone: Galactic Chemical Evolution». Icarus. 152: 185–200. ISSN 0019-1035. doi:10.1006/icar.2001.6617 
  11. Clarke, J. N. (1 de abril de 1981). «Extraterrestrial intelligence and galactic nuclear activity». Icarus. 46: 94–96. ISSN 0019-1035. doi:10.1016/0019-1035(81)90078-6 
  12. Tucker, Wallace H. (1981). Billingham, John, ed. Life in the Universe. [S.l.: s.n.] ISBN 9780262520621 
  13. Blair, Samantha K.; Magnani, Loris; Brand, Jan; Wouterloot, Jan G. A. (1 de fevereiro de 2008). «Formaldehyde in the Far Outer Galaxy: Constraining the Outer Boundary of the Galactic Habitable Zone». Astrobiology. 8: 59–73. ISSN 1531-1074. doi:10.1089/ast.2007.0171 
  14. Ward, Peter D.; Brownlee, Donald (10 de dezembro de 2003). Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe (em inglês). [S.l.]: Springer Science & Business Media. ISBN 9780387952895 
  15. a b Lineweaver, Charles H.; Fenner, Yeshe; Gibson, Brad K. (1 de janeiro de 2004). «The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way». Science. 303: 59–62. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.1092322 
  16. Vukotic, B.; Cirkovic, M. M. (1 de dezembro de 2007). «On the Timescale Forcing in Astrobiology». Serbian Astronomical Journal. 175: 45–50. doi:10.2298/SAJ0775045V 
  17. Collar, J. I. (1 de fevereiro de 1996). «Clumpy Cold Dark Matter and biological extinctions». Physics Letters B. 368: 266–269. ISSN 0370-2693. doi:10.1016/0370-2693(95)01469-1 
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