The catalogue of astrobiologically interesting stars within 15 parsecs of the Sun UFRJ Gustavo Porto de Mello, Eduardo del Peloso, Luan Ghezzi (Obs. do Valongo/UFRJ) Terrestrial Planet Finder (NASA) Darwin (ESA)
Motivação Científica 1 OBJETIVO: Produzir uma lista otimizada de estrelas com potencial astrobiológico para as futuras missões interferométricas: Terrestrial Planet Finder (NASA) e Darwin (ESA) CONTEXTO ATUAL: Novos vínculos sobre o conceito de Zona Habitável em Astrobiologia: Kasting et al. 1993, Franck et al. 2000, Gonzalez et al. 2001, Lineweaver et al. 2004 zona habitável, estabilidade climática, bioprodutividade, escalas de tempo, evolução química e galáctica, estabilidade de longo prazo ABORDAGENS RECENTES: Habitability catalogue: Turnbull & Tarter 2003 Nearby Biostar catalogue: Porto de Mello et al 2003, 2004 (d < 15 pc)
Detecção Remota de Vida Contraste estrela/planeta no infravermelho térmico Des Marais et al 2002 Segura et al 2003 2
Detecção Remota de Vida Contraste estrela/planeta no infravermelho térmico Des Marais et al 2002 Segura et al 2003 2 A CHAVE: DETECÇÃO SIMULTÂNEA O 3 + CO 2 + H 2 O CO 2 15 µm, O 3 9.6 µm, H 2 O: 6.3 µm, CH 4 7.7 µm Janela de 8-12 µm: temperatura superficial
O Conceito de Zona Habitável Kasting et al 1993, Franck et al 2000 3 Premissas planetárias e estelares: H 2 O superficial por ~ Gano, atividade geológica, atmosfera CO 2 -H 2 O-N 2 campo magnético, estabilidade climática, idades estelares > 3 Gano, resistência a catástrofes por ~ Gano, O 3 observável no Proterozóico ~ 2 Gano atrás (Segura et al 2003) CH 4 observável apenas a 10-1 PAL de O 2 (Proterozóico) Eventos de oxigenação (Blair-Hedges et al 2004): ~ 2.3 e 3.0 Gano de idade Modelos Climáticos: J. Kasting et al (Univ. Penn.) e S. Franck et al (Potsdam Climate Research) Estabilidade climática por retroalimentação (feedback) negativa: pco 2 se T (efeito estufa: ciclo carbonato-silicato) Efeitos desestabilizadores: ph 2 O se T e albedo se T
O Conceito de Zona Habitável 4 Equação de Arrenhius : (1-a) S eff = 4σ T b 4 Temperatura superficial: T S = T b + T LIMITE INTERNO Perda de água S eff = 1,10 Estufa descontrolada S eff = 1,41
O Conceito de Zona Habitável 4 Equação de Arrenhius : (1-a) S eff = 4σ T b 4 Temperatura superficial: T S = T b + T LIMITE EXTERNO Primeira condensação S eff = 0,53 Efeito estufa máximo S eff = 0,36
O Conceito de Zona Habitável 5 Premissa: vida na sequência principal > tempo de oxigenação da atmosfera Limite superior de massa: estrelas de tipo F9V-F7V Limite inferior de massa: estrelas de tipo K2V-K3V log luminosity (solar units) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0 [Fe/H] = +0.00 4.5 Gyr 5.9 Gyr 1.30 6.5 Gyr 8.6 Gyr 1.20 12.2 Gyr 1.10 17.4 Gyr 1.00 0.90 factor of 2 --> 0.3 in log 26.2 Gyr factor of 4 --> 0.6 in log 0.80 MOST FAVORABLE CASE 0.70 3.82 3.80 3.78 3.76 3.74 3.72 3.70 3.68 3.66 3.64 log effective temperature
Massas Estelares 6 Tidal Lock Radius r tl = 1/ 6 P0 t 1/3 0.027 M Q Questões: Ressonâncias orbitais Momento magnético Fase inicial de perda de massa e fluxo XUV
Metalicidade Estelar 7 Forte relação entre metalicidade e presença de planetas gigantes Composição planetária: 1.5[Fe/H] (Lissauer 1995) Massa α 10 Aquecimento radiogênico Razão [Si/Fe] e [Mg/Fe] Razão litosfera/núcleo Convecção no núcleo (magnetismo)
ZCH e Escalas de Tempo 8
Candidatas: seleção em (B-V) e M V Diagrama HR Hipparcos para d < 10 pc: 50 estrelas (27%) Metalicidade, temperatura, luminosidade, multiplicidade, idade isocronal, atividade magnética, raios-x, EUV, etc... 9 34% da amostra de 50 estrelas é binária ou múltipla 8% é eliminada apenas por ser binária/múltipla
Candidatas: idade e metalicidade Eliminamos estrelas com [Fe/H] < -0.50 (30% da solar) Eliminamos estrelas com indicadores cromosféricos sugerindo < 1 Gano de idade 10 Porto de Mello & Lyra 2004: atividade cromosférica em Hα
Candidatas: idades isocronais Modelos de Yi et al 2003 11 HR77 Zeta Tucanae distância 8,6 pc l o g l u m i n o s i d a d e ( u n i d a d e s s o l a r e s ) 0. 3 0. 2 0. 1 0. 0-0. 1 3 4 2 1 1. 1 0 6 0 3 0 5 4 6 3 i d a d e ~ 1-5 G a n o 7 6 2 5 1 1. 0 5 5 8 9 0 4 3 2 1 [ F e / H ] = - 0. 0 8 1. 0 0 3. 7 9 3. 7 8 3. 7 7 3. 7 6 3. 7 5 lo g t e m p e r a t u r a e f e t i v a
Candidatas: idades isocronais 12 HR222, 4458 e 4523 distâncias 7,5 / 9,5 / 9,2 pc log luminosidade (unidades solares) 0.2 0.1 0.0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6 luminosidade ~ 1.7 a 2,1 idade zero HR4523 idade ~ 7-11 Gano 8 6 10 0.95 4 8 2 6 0.90 4 2 0.85 6.9 Gano HR4458 0.80 0.75 [Fe/H] = -0.27 HR222 5750 5500 5250 5010 0.70-0.7 3.78 3.77 3.76 3.75 3.74 3.73 3.72 3.71 3.70 3.69 3.68 3.67 log temperatura efetiva
Candidatas: idades isocronais 13 HR5019 61 Vir distância 8,5 pc
Candidatas: idades isocronais 14 HR7665 Delta Pavonis distância 5,8 pc 0. 6 [F e / H ] = + 0. 3 8 l o g l u m i n o s it y ( s o l a r u n i t s ) 0. 5 0. 4 0. 3 0. 2 0. 1 1. 2 5 3 2 1 1. 2 0 3 4 4 id a d e > 5 G a n o 5 5 4 3 2 1 5 6 7.5 6 5.5 7 6.5 0. 0 1. 1 5 5 7 5 0 5 6 2 0 5 5 0 0 3. 7 8 3. 7 7 3. 7 6 3. 7 5 3. 7 4 3. 7 3 lo g e f f e c t iv e te m p e r a tu r e
As bioestrelas até 10 parsecs 15 HD Nome massa idade [Fe/H] órbita. Nível d(pc) 1581 ζ Tuc ~ ~ ~ > 8,6 4628 <? < ~ 7,5 10476 107 Psc <? < > 7,5 32147 < ~ > > 8,8 100623 < > < > 9,5 102365 < > < > 9,2 109358 β CVn > ~ < ~ 8,4 115617 61 Vir ~ ~ ~ > 8,5 185144 σ Dra < > < > 5,8 190248 δ Pav > ~ > ~ 6,1 192310 < > ~ > 8,8 219134 <? ~ > 6,5 Obs: 18 bioestrelas entre 10 pc e 15 pc: a gêmea solar (Porto de Mello & da Silva 1997) e Alfa Mensae são. Temos 4 ( ) e 4 ( )
Conclusões & Perspectivas 16 SOAR Espectrógrafo Goodman: R ~ 15.000, cobertura UV IR 7% das estrelas da vizinhança são interessantes Completeza: d < 10 pc [Fe/H]: 100% atividade: 100% 10 pc < d < 15 pc [Fe/H]: 71% atividade: 90% d < 20 pc [Fe/H]: 47% M V 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 H ip p a r c o s : 9 3 5 s t a r s w ith in 2 0 p c 2 1 1 s t a r s + 0. 5 0 < ( B - V ) < + 1. 0 5 + 4. 0 < M V < + 6. 5 0. 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 ( B - V )
OBRIGADO
O Conceito de Zona Habitável 4 Ciclo carbonato-silicato: atua em escalas ~ 10 6 anos Pode remover todo o carbono: oceanos + atmosfera em ~ 400 Mano
O Conceito de Zona Habitável Bioprodutividade Franck et al 1999,2000
Candidatas: idade e metalicidade 22 Porto de Mello & Lyra 2004: atividade cromosférica Forte queda exponencial em ~1 Gano Período inicial de bombardeio ~ 0.5 a 1.0 Gano (Hartmann 2004) Mesmo comportamento: Ca II HK Raios-X Perda de massa
Candidatas: idade e metalicidade 24 Eliminamos estrelas com indicadores cromosféricos sugerindo ~ 1 Gano de idade
Órbitas Galácticas Balázs 1988, Lépine et al 2001: co-rotação na posição do Sol 15 Leitch & Vasisht 1998: extinções Riscos: Supernovas, explosões de raios-x, nuvens moleculares gigantes (Gehrels et al. 2003, Elis & Schramm 1993)
Candidatas: órbitas galácticas 25 12 estrelas sobrevivem a todos os critérios: nenhuma possui planeta