A formação de planetas como a Terra pode depender de um “banho” de supernova

A busca por planetas semelhantes à Terra é um dos principais objetivos dentro da Astronomia. Essa busca é importante porque permite investigar ambientes com processos geoquímicos e, possivelmente, biológicos semelhantes aos do nosso planeta. Observações de exoplanetas rochosos em zonas habitáveis fornecem informações sobre composição, estrutura interna e condições atmosféricas. Isso também nos ajuda a entender a história de como a Terra se formou e evoluiu.

Para entender a história da Terra e de planetas análogos é preciso reconstruir as condições que tornaram esses mundos habitáveis. Isso inclui a evolução do disco protoplanetário, a acreção de sólidos e a retenção de voláteis. Ao identificar quais etapas são comuns ou raras, torna-se possível entender se esses planetas que são parecidos com o planeta Terra são frequentes ou não no Universo. Outro ponto também é entender quais os fatores externos que influenciam nesses processos e na frequência desses objetos.

Um artigo recente publicado na Science Advances sugere que a formação de planetas como a Terra pode exigir um “banho” de raios cósmicos gerados por supernovas próximas. Segundo o estudo, a presença de alguns isótopos e a existência de água em uma quantidade suficiente é causada pela emissão de partículas em supernovas. Explosões de supernovas próximas não apenas enriquecem o meio interestelar com elementos pesados, mas também podem desempenhar um papel na formação e evolução de planetas.

Origem da Terra

Entender como chegamos até aqui é necessário entender a história de formação e evolução do planeta Terra. Estima-se que a Terra tenha se formado há cerca de 4,54 bilhões de anos a partir da acreção de planetesimais no disco protoplanetário. Colisões sucessivas levaram ao crescimento de um protoplaneta rochoso e após materiais mais densos afundarem para formar o núcleo, o manto e a crosta se estabeleceram.

Apesar desse cenário geral ser bem compreendido na Astronomia ainda há algumas perguntas que permanecem em aberto. Uma das principais perguntas é sobre a origem da água, que é um dos fatores mais importantes para a existência e manutenção da vida. Ainda não se sabe qual foi exatamente o processo que fez com que a água fosse abundante na Terra e como ela se formou aqui.

A questão da água

A água é abundante no planeta Terra mas é preciso considerar que a água não é tão abundante ao ponto do planeta se tornar um Hycean world ou um mundo de água. A quantidade correta de água no planeta é causada por um balanço de temperatura ideal no Sistema Solar. Esse balanço térmico é causado por decaimento de elementos de meia-vida curta chamados de short-lived radionuclides, SLRs. Os isótopos lliberaram calor durante seus decaimentos radioativos aquecendo o ambiente.

Esse aquecimento precoce controlou a retenção de voláteis, especialmente água, nos planetas rochosos em formação. Há evidências de que o Sistema Solar foi enriquecido com SLRs como a análise de meteoritos, que exibem excessos de isótopos de decaimento. Esses registros confirmam que o aquecimento radiativo inicial foi o suficiente para limitar a quantidade de água incorporada pela Terra, criando condições que contribuíram para a habitabilidade do planeta.

Papel das supernovas

A origem dos isótopos radioativos de meia-vida curta é conhecida como sendo a explosão de supernovas. Essas explosões acontecem quando uma estrela massiva chega ao final de sua vida e acaba liberando sua parte externa de forma energética. No entanto, alguns astrônomos acreditam que essa explosão destruiria o disco protoplanetário e impediria a formação de planetas. O fato de o disco primordial do Sol ter permanecido intacto levanta a possibilidade de que essa configuração seja rara.

Se a configuração que permitiu a formação da Terra era rara, isso implicaria que planetas rochosos semelhantes à Terra também seriam raros. O artigo recente publicado na Science Advances discute a possibilidade do Sistema Solar primitivo ter sido exposto a esses raios cósmicos provenientes de uma supernova mais distante. Esses raios cósmicos seriam suficientes para causar as reações necessárias no disco protoplanetário sem destruir sua estrutura. Com isso, eles estimam que a formação de planetas como a Terra poderia ser comum.

Raios cósmicos

A supernova acontece quando a parte externa de uma estrela é expelida no momento de sua morte e a parte interna colapsa. Nesse processo, há a emissão de raios cósmicos que são partículas altamente energéticas que se propagam pelo espaço a velocidades próximas à da luz. Os raios cósmicos conseguem se formar em processos astrofísicos extremos, como explosões de supernovas, ventos de estrelas massivas, remanescentes de supernova e, em energias mais altas, núcleos ativos de galáxias.

Ao interagir com campos magnéticos e com a matéria, os raios cósmicos produzem uma série de efeitos interessantes. Como, por exemplo, ao entrarem na atmosfera terrestre, colidem com núcleos atômicos e geram chuveiros de partículas secundárias, como múons e neutrinos, que são detectados. Em ambientes astrofísicos, os raios cósmicos desempenham um papel importante na distribuição de elementos pelo Universo.

Referência da notícia

Ryo et al. 2025 Cosmic-ray bath in a past supernova gives birth to Earth-like planets Science Advances