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ASTROBIOLOGICALLY INTERESTING STARS: SELECTION CRITERIA Terrestrial Planet Finder (NASA) Darwin (ESA) Gustavo Porto de Mello Eduardo del Peloso Luan Ghezzi.

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Apresentação em tema: "ASTROBIOLOGICALLY INTERESTING STARS: SELECTION CRITERIA Terrestrial Planet Finder (NASA) Darwin (ESA) Gustavo Porto de Mello Eduardo del Peloso Luan Ghezzi."— Transcrição da apresentação:

1 ASTROBIOLOGICALLY INTERESTING STARS: SELECTION CRITERIA Terrestrial Planet Finder (NASA) Darwin (ESA) Gustavo Porto de Mello Eduardo del Peloso Luan Ghezzi Observatório do Valongo Universidade Federal do Rio de Janeiro COROT (CNES+Brazil+others) 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

2 Scientific Motivation To establish state of the art criteria for characterizing stars which might be hosts to biospheres detectable remotely COROT will probably detect the first ever Earthlike planet Final goal: to remotely detect the presence of life, able to thermodynamically alter a planetary atmosphere to a non-equilibrium state 2nd Brazilian COROT Workshop 2005 THE PRESENT BACKGROUND: New constraints on the concept of Habitable Zone in Astrobiology: Kasting et al. 1993, Franck et al. 2000, Gonzalez et al. 2001, Lineweaver et al Long term climate stability, bioproductivity, oxygenation time scale, Galactic chemical evolution, stability agains catastrophes RECENT APPROACHES: Habitability catalogue: Turnbull & Tarter 2003 Nearby Biostar catalogue: Porto de Mello et al. 2004, 2005 (d < 15 pc)

3 Remote Detection of Life Star/Planet contrats in the thermal infrared Des Marais et al 2002 Segura et al 2003 CO 2 15 m, O m, H 2 O 6.3 m, CH m 8-12 m window: surface temperature, radius THE KEY: SIMULTANEOUS DETECTION O 3 + CO 2 + H 2 O 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

4 Climate Models: J. Kasting et al (Univ. Penn.), S. Franck et al (Potsdam Climate Research) Negative feedback: pCO 2 if T (greenhouse effect by the carbonate-silicate cycle) Destabilizing effects: pH 2 O if T and albedo if T The Habitable Zone Concept Planetary and stellar assumptions: Surface H 2 O for a few Gyr, geologic activity, CO 2 -H 2 O-N 2 atmosphere magnetic field, climate stability, threshold metallicity, stellar ages > 3 Gyr O 3 observable during Proterozoic ~ 2 Gyr ago (Segura et al 2003) CH 4 observable only up to PAL of O 2 (Proterozoic) Oxygenation timescale (Blair-Hedges et al 2004, Catling et al 2005) ~ 3 Gyr 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

5 Arrenhius equation: (1-a) S eff = 4 T b 4 Surface temperature: T S = T b + T Water Loss S eff = 1.10 Runaway Greenhouse S eff = 1.41 INNER EDGE First Condensation S eff = 0.53 Maximum Greenhouse S eff = 0.36 OUTER EDGE The Habitable Zone Concept 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

6 Assumption: main sequence lifetime > oxygenation timescale Upper mass limit: F9V-F7V stars, M ~ 1.2 M Upper mass limit: K2V-K3V stars, M ~ 0.7 M The Habitable Zone Concept 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

7 Tidal Lock Radius Questions: Orbital resonances Magnetic moment Quick climate damage Initial long lived phase of extremely high XUV flux and mass loss rate The Habitable Zone Concept 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

8 Continuously Habitable Zone and Timescales 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

9 Franck et al 1999, 2000 Bioprodutivity (biomass/time/area): pCO 2 > 150 ppm Grasses and other lower species: pCO 2 > 10 ppm Continuously Habitable Zone and Timescales Age of highly diversified biosphere (animals and plants) is less than 20% of total biosphere lifetime Too advanced an age is a liability 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

10 The Candidates: selection in (B-V) and M V Hipparcos HR diagram for d < 10 pc: 182 stars 27% = 50 pre-selected candidates 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

11 Candidates: age & metallicity 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

12 HR222, 4458 and 4523 Candidates: isochronal ages 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

13 HR Vir Candidates: isochronal ages 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

14 HR7665 Delta Pavonis Candidates: isochronal ages 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

15 The biostars within 10 parsecs HD Namemassage[Fe/H]orbitrank d(pc) 1581 Tuc~~~> <><> <><> CVn>~<~ Vir~~~> Dra<><> Pav>~>~ <>~> nd Brazilian COROT Workshop 2005

16 Conclusions & Perspectives 1)We can strongly constrain stars in the astrobiological sense, wit present data: [Fe/H] and Teff, chromospheric activity, evolutionary state, age, mass 2) In all neighborhood stars: ~7% are interesting <2% if we take galactic orbits as relevant <1% is actually similar to the Sun 3) Data completeness: only up to ~15 parsecs for [Fe/H] and activity 4) We should better constrain the stellar [Fe/H] and Teff: better ages and masses 5) Theoreticians should explore habitability criteria for planets appreciably different from the Earth 2nd Brazilian COROT Workshop 2005

17 THANK YOU

18 3 - O Conceito de Zona Habitável Ciclo carbonato-silicato: atua em escalas ~ 10 6 anos Pode remover todo o carbono: oceanos + atmosfera em ~ 400 Mano 6

19 3a – Massas Estelares Limite inferior de massa: fase inicial de vento denso + excesso de XUV Tipo GK: fase saturada for ~ 100 Mano a níveis 100 vezes maiores Tipo M: fase saturada de ~ 1 Gano ou mais Güdel et al 1997 Wood et al 2002 Remoção de ~ 10% a 100% de voláteis em escalas de ~ 1-2 Gano 11

20 ocean planets 3 M < M < 10 M (Léger et al 2004) Marte < 0,5 M Urano M > 10 M Terra 0,5 M < M < 3 M 3b – Massas Planetárias Robustez: estabilidade climática (fatores internos e externos) Planetas de maior massa podem ter ZCH maiores Atividade geológica Campos magnéticos 12

21 3c – Metalicidade: formação planetária Forte relação entre metalicidade e presença de planetas gigantes Composição planetária: Massa [Fe/H] (Lissauer 1995) Razão [Si/Fe] e [Mg/Fe] Razão litosfera/núcleo Convecção no núcleo (magnetismo) 13 Também Fisher & Valenti (2005)

22 3d – Ainda a metalicidade Aquecimento radiogênico: fonte preponderante de calor interno terrestre 40 Kmeia-vida = 1.3 Gano 235 Umeia-vida = 0.7 Gano 238 Umeia-vida = 4.6 Gano 232 Thmeia-vida = 14.1 Gano produção nucleossintética vs. diluição [X/Fe] vs. decaimento 14 Incertezas na razão 40 K/K da Terra

23 3e – Órbitas Galácticas Leitch & Vasisht 1998: extinções Balázs 2000, Lépine et al 2001, 2003: co-rotação na posição do Sol Riscos: SN, explosões de raios-, nuvens moleculares gigantes, glaciações (Elis & Schramm 1993, Gehrels et al. 2003, Gies & Helsel 2005) 15

24 01234 Origem? RNA Procariotas Fotossíntese Aeróbica Eucariotas Explosão Cambriana Metazoários Inteligência Cognitiva O 3 observável no Proterozóico ~ 2 Gano atrás (Segura et al 2003) CH 4 observável apenas a PAL de O 2 (Proterozóico) Eventos de oxigenação (Blair-Hedges et al 2004): ~ 2.3 e 3.0 Gano de idade Paleozóico Mesozóico Cenozóico Arqueozóica Proterozóica 4 – Zona Continuamente Habitável e Escalas de Tempo 16

25 5b – Candidatas: multiplicidade 34% da amostra de 50 estrelas é binária ou múltipla Metade é eliminada apenas por ser binária/múltipla Dois problemas: Possibilidade de formação de planetas: Barbieri et al 2002 (planetesimais em Eps Eri e 47 UMa) Thébault et al 2002 (planetesimais em Alfa Centauri) Estabilidade em binárias: Pendleton & Black 1993 Holman & Wiegert 1997,1999 limitações, erosão zonas de estabilidade (10 4 órbitas), problema da coplanaridade 21 Casos interessantes: Alfa Centauri, massas 1.16 e 0.97, P = 80 anos, a = 23.6, e = 0.52 (1999) Eta Cas, massas 0.95 e 0.62, P = 480 anos, e = ?, a = 71 UA Mu Cas, SB1, P = 22 anos, e = 0.61 HR753, K3V e M7V, P ~ 60 anos, a ~ 15 UA, e ~ Ara, G8V e e anã M, P ~ 690 – anos

26 5c – Candidatas: idade e metalicidade Porto de Mello & Lyra 2005: atividade cromosférica Forte queda exponencial em ~1 Gano Mesmo comportamento: Ca II HK Raios-X Perda de massa Período inicial de bombardeio ~ 0.5 a 1.0 Gano (Hartmann 2004) 22

27 5d – Candidatas: idade e metalicidade Eliminamos estrelas com indicadores cromosféricos sugerindo ~ 1 Gano de idade 24

28 5e – Candidatas: órbitas galácticas 12 estrelas sobrevivem a todos os critérios: nenhuma possui planeta 25


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