Quão habitáveis são as Galáxias?

Título: Exploring the Cosmic Evolution of Habitability with Galaxy Merger Trees

Autores: E. R. Stanway, M. J. Hoskin, M. A. Lane, C. Brown, H. J. T. Childs, S. M. L. Greis, A. J. Levan

Instituição do primeiro autor: Department of Physics, University of Warwick, Coventry, Reino Unido

Status: publicado pelo MNRAS [acesso aberto]

Quando se fala da habitabilidade de um planeta, astrônomos estão normalmente se referindo à temperatura do planeta. Ela pode permitir ou não a existência de vida, e depende do quão quente a estrela é e do quão longe o planeta está dela. Existem, é claro, diversos outros fatores que influenciam o desenvolvimento de vida em um planeta (como os ventos estelares descritos neste astroponto), e possivelmente outros fatores que ainda não compreendemos. O artigo de hoje analisa habitabilidade de um ponto de vista mais amplo, não em termos de estrelas e planetas, mas em nível de galáxias. Tanto a natureza da galáxia, quanto a posição de um planeta na galáxia, são fatores importantes para o desenvolvimento de vida.

Habitabilidade em escala galática

Os autores consideram dois aspectos da vizinhança de uma estrela em sua galáxia que irão impactar sua chance de abrigar um planeta com vida. A primeira é a composição química da galáxia, expressa em termos da sua metalicidade. Em astronomia, a palavra “metal” é usada para qualquer elemento mais pesado que o hélio, diferente do conceito químico de metal, de modo que a metalicidade refere-se à abundância de elementos exceto hidrogênio e hélio. Isso inclui materiais rochosos necessários para a formação de planetas. Para metalicidades muito altas, aumenta a probabilidade de que se formem planetas gigantes que migrem pelo sistema, destruindo planetas menores em seu caminho. A metalicidade do Universo como um todo não mudou significativamente nos últimos 10 bilhões de anos, mas ela varia de uma galáxia para outra.

O segundo fator considerado foi o impacto de eventos explosivos, que liberam grandes quantias de radiação que podem ser fatais para qualquer forma de vida (de fato, a extinção do Ordoviciano pode ter ocorrido devido a um desses eventos). Os autores levam em conta três tipos de fenômeno que podem ter liberado radiação suficientemente nociva: supernovas, que são explosões marcando o fim da vida de uma estrela massiva; núcleos ativos (AGNs, do inglês active galactic nuclei), que são decorrentes de buracos negros emitindo grandes quantias de radiação devido à acreção de matéria no centro de uma galáxia ativa; e erupção de raios gama (GRB, do inglês gamma ray burst), que são erupções de alta energia associadas com o fim da vida de algumas estrelas massivas. Os autores assumem que qualquer sistema atingido por algum desses tipos de radiação nas últimas centenas de milhões de anos torna-se efetivamente inabitável (baseado no histórico da Terra, eles assumem que o surgimento de formas simples de vida leva algumas centenas de milhares de anos).

O modelo

Os autores estudaram a evolução de uma amostra de modelos de galáxia, conforme elas passavam por processos de fusão hierárquica, nos quais galáxias menores colidem e se fundem, formando galáxias de maior massa (veja a Figura 1). Os autores combinaram esses modelos com um programa que calcula a evolução de populações estelares, para poder mensurar o impacto da fusão nas estrelas de uma galáxia. Depois de uma fusão, uma galáxia vai normalmente passar por um período de formação estelar mais intensa. Isso cria uma população de estrelas de alta massa, que, ao morrer, geram supernovas e GRBs. Para cada supernova ou GRB nos modelos, os autores calcularam quantas estrelas na galáxia seriam atingidas pela radiação. Eles também calcularam quantas estrelas eram afetadas pelo AGN nos modelos, e levaram em conta mudanças na metalicidade ao longo do tempo, para poder prever o quão comum planetas rochosos seriam na galáxia.

Os resultados

Os autores obtêm que ambos fatores considerados, eventos explosivos e a metalicidade da galáxia, têm impacto na habitabilidade (veja a Figura 2). A metalicidade pode levar a uma redução da habitabilidade por um fator de dois, afetando principalmente galáxias pouco massivas. A irradiação tem um efeito similarmente importante. Na amostra estudada, os eventos explosivos levando a altos níveis de radiação tornam aproximadamente 18% das estrelas inabitáveis no tempo presente. A radiação devido a GRBs (14%) parece ter um efeito dominante em relação a supernovas (4%). Isso parece surpreendente, porque GRBs são eventos mais raros, mas eles também são muito mais intensos, e a radiação emitida pode permear mais profundamente no ambiente ao redor da estrela. AGNs parecem ser importantes apenas no Universo jovem, quando as galáxias eram menores, de modo que a radiação do AGN afetava uma fração maior da galáxia. Já que a taxa desses eventos explosivos depende da taxa de formação estelar, eles foram muito mais comuns bilhões e anos atrás do que hoje (pois as taxas de formação estelar diminuíram, de modo geral, ao longo dos anos). Os autores obtêm que a maioria das galáxias eram efetivamente inabitáveis cerca de seis bilhões de anos atrás, e sua habitabilidade vem aumentando desde então. Isso está de acordo com o único dado que temos, a Terra, onde vida se desenvolveu há cerca de 4.5 bilhões de anos.

De modo geral, a situação não parece muito boa em termos de habitabilidade. Na maioria das galáxias, a irradiação ou a baixa metalicidade tornam o ambiente inabitável ao redor de mais da metade das estrelas, antes mesmo que outros fatores como a temperatura do planeta sejam levados em conta. Além disso, cerca de um terço das galáxias na amostra são menos do que 10% habitáveis. Por outro lado, os autores de fato encontram exemplos de galáxias habitáveis em praticamente todas as faixas de massa, e o número de galáxias habitáveis parece aumentar com o tempo. Este é o primeiro trabalho a explorar habitabilidade em escala galática. Como o método parece funcionar, podemos esperar que outros trabalhos irão expandir essa área de pesquisa no futuro!

Original em inglês: How habitable is your galaxy?, por Matthew Green.