Com base na modelagem de atmosferas e interiores planetários, um novo estudo publicado no The Astrophysical Journal Letters mostra que mundos de lava podem manter espessas camadas gasosas por bilhões de anos graças à rocha derretida que se move sobre suas superfícies. A lava retarda a liberação de gases do interior dos planetas para a atmosfera, compensando a perda atmosférica causada pela radiação estelar.

As descobertas ampliam o modelo da "linha costeira cósmica" , que estima a proximidade que planetas rochosos podem atingir de suas estrelas sem comprometer suas atmosferas. Assim como as linhas costeiras da Terra representam a fronteira entre terra e água, a linha costeira cósmica representa a fronteira entre ter ou não uma atmosfera. No entanto, alguns mundos de lava estão muito mais próximos de suas estrelas do que a linha costeira cósmica e ainda possuem atmosferas, o que desafia esse modelo.

“Esses mundos de lava apontavam para algo errado com o limite costeiro cósmico, mas descobrimos uma maneira de eles preservarem suas atmosferas, propondo um novo regime além dele”, disse o autor principal do estudo, Barron Nguyen, estudante de pós-graduação no laboratório de Laura Schaefer na Escola de Sustentabilidade Doerr de Stanford .

O nome proposto por pesquisadores de Stanford e seus colaboradores para essa nova região é "banco de areia cósmico", análogo às cristas arenosas que se formam ao largo dos oceanos da Terra. Planetas entre a linha costeira e o banco de areia ficam perto o suficiente de sua estrela para que sua atmosfera seja removida, mas esfriam rápido demais após a formação para que essa atmosfera seja reposta. Os pesquisadores chamam essa região de "vale sem ar".

“Onde se situa a fronteira entre mundos sem atmosfera e aqueles capazes de sustentá-la tem sido uma grande questão em aberto na ciência planetária”, disse Schaefer, autor sênior do estudo e professor assistente de ciências da Terra e planetárias na Escola de Sustentabilidade Doerr. “O novo modelo amplia nossa compreensão dessa fronteira e dos fatores que determinam sua localização para estrelas e planetas específicos.”

Em nosso sistema solar, a estratégia na busca por vida extraterrestre tem sido, por muito tempo, seguir a água. Mas, para mundos além dele, uma estratégia diferente se faz necessária: seguir as atmosferas.

O conceito de linha costeira cósmica surgiu na última década como um método promissor para identificar mundos potencialmente hospitaleiros para observações futuras. No entanto, cientistas começaram recentemente a questioná-lo devido a planetas como 55 Cancri e, uma "super-Terra" com quase oito vezes a massa da Terra e que orbita sua estrela cerca de 20 vezes mais perto do que Mercúrio orbita o nosso Sol. Em 2024, o Telescópio Espacial James Webb revelou que 55 Cancri e possui uma atmosfera incrivelmente densa. E, nos últimos meses, uma série de novas observações tem mostrado uma lista crescente de mundos de lava semelhantes com atmosferas densas.

Para explicar esses planetas contraintuitivos, Nguyen e seus colegas desenvolveram um modelo que simula a troca de gases entre uma atmosfera e a superfície de lava derretida, levando em consideração a fuga de gases da atmosfera para o espaço e o resfriamento e eventual solidificação da lava. Em seguida, incorporaram ao modelo os mundos de lava que retêm atmosfera, juntamente com outros exoplanetas e mundos do sistema solar conhecidos para comparação.

O modelo indicou que as atmosferas podem ser reguladas principalmente pela fuga de gás para o espaço ou pela liberação de gás do planeta para a atmosfera (conhecida como "desgaseificação"). O banco de areia cósmico engloba esses mundos quentes e próximos onde a desgaseificação equilibra a fuga de gás.

Os planetas neste regime, como 55 Cancri e, geralmente são super-Terras massivas com superfícies cobertas de lava. Planetas ligeiramente mais distantes de suas estrelas, como Mercúrio, tendem a esfriar e solidificar mais rapidamente, aprisionando seus gases no subsolo. Incapazes de repor suas atmosferas em declínio, esses planetas povoam o vale sem ar. Somente a distâncias suficientes de suas estrelas – ou seja, na linha costeira cósmica – planetas menores e mais frios, como Vênus e a Terra, conseguem evitar que suas atmosferas sejam consumidas pela radiação estelar.

Os pesquisadores de Stanford aguardam ansiosamente para ver como os futuros levantamentos exoplanetários irão desenvolver e aprimorar a estrutura da linha costeira cósmica, recentemente modificada com o conceito de banco de areia.

“Uma das principais conclusões do nosso estudo é que a linha costeira cósmica não é uma causa perdida”, disse Nguyen. “Havia certo pessimismo em relação a ela por causa desses mundos de lava, mas agora sabemos que existe um conjunto mais amplo de parâmetros que podem permitir que um planeta gere e mantenha uma atmosfera.”