Planetas extrasolares e nuvens moleculares

Horacio Dottori

Dpto. Astronomia

IF-UFRGS

SETI (Vida vs. Vida Inteligente)• Como podemos comprobar en la propia Tierra, hay una diferencia

substancial entre la existencia de vida (millares de especies) tal como hoy la consideramos y la de vida inteligente, en el sentido de poder transformar su medio ambiente y cuestionarse sobre sus orígenes.

• Cocconi & Morrison publicaron “Searching for extraterrestrial Communication (Nature, setiembre de 1959).

• En abril de 1960, Drake, comenzo una busqueda de señales en torno de Ceti y Eridani con el radiotelescopio de 25 m de G. Bank.

• En noviembre de 1961 10 especialistas de diversas ciencias (Drake, Sagan, Calvin (Premio Nobel de química), entre otros) se reúnen. Drake formula la ecuación:

• N= R x Fp x ne x Fl x Fi x Fc x L

• S. J. Gould (paleontólogo de Harvard) sostiene (en su libro Wonderful Life) que el homo Sapiens es una entidad fortuita, no una tendencia de los seres vivos.

Los términos de la ecuación de Drake

• N = Número de civilizaciones observables.

• R = Tasa de formación de estrellas.

• Fp = Fracción de estrellas con planetas.

• Ne = Número de planetas tipo Tierra.

• Fl = Fracción de planetas tipo Tierra en los cuales se desarrollan civilizaciones.

• Fi = Probabilidad de evolución de la inteligencia.

• Fc = Cuanta certeza tenemos de que si existen estos seres son capaces y desean enviar señales de radio?.

• L = Tiempo de vida médio de una civilización semejante.

Vida Extraterrestre naTerra?

• Uma pergunta relevante e’, em quantos ambientes extremos se pode encontrar vida na propria Terra?.

• Ambientes hidrotérmicos oceánicos extremos.

• Ambientes oceánicos frios con metano.

• Ambiente antártico em lagos submersos en 4 km de gelo.

• Micróbios no interior da Terra a 2000 mts.

• Hipertermófilos e outros extremófilos: altas temp., ambientes ácidos, ultrasalinos, etc..

• www.resa.net/nasa

Formas de vida submarina en la Tierra

Diferencia entre foto- y chimiosíntesis

1)- fuente de energia, 2)-CO2 y 3)- H2O para producir azúcares , 4) la fotosíntesis da O y la chimiosíntesis S como subproductos. (crédito:NASA)

Otras fontes de vida na pro’pia Terra

• Sera’ esta a forma mais primitiva de vida?

The Characteristics of Life•Organized structures that are composed of heterogenous chemicals - in units of "cells" •Metabolism: chemical and energy transformations •Maintain internal conditions separated from an outside environment: homeostasis •Growth: conversion of materials from the environment into components of organism •Reaction to select stimuli, physiologically and/or behaviorally •Reproduction: making copies of individuals via the mechanism of genetic transfer: sections of DNA molecules that contain instructions for organization & metabolism •Evolution: change in characteristics of individuals, resulting from mutation & natural selection - these result in adaptations

adapted from The Characteristics of Life-- Oklahoma State University, Department of Zoology

PLANETAS EXTRASOLARES

A CAÇA DE UMA NOVA IDEIA

À caça dos planetas extrasolares

• Diferentemente das estrelas, os planetas não tem luz propria, ou produzem muito pouca. Dificil de serem detectados.

• Se precisam técnicas especiais. Por isso e’ que se descobriram tao recentemente.

• Os planetas descobertos são de grande tamanho, semelhantes a Júpiter ou maiores (Mayor & Queloz, Suiza), Marcy & Butler (USA)).

• Em geral a distancia entre estes planetas e sua estrela central es muito menor que entre o Sol e Jupiter.

• Modelos mostram que eles podem se fundir com a estrela central poucos milhoes de anos..

- All Candidates detected 215 planets

    Candidates detected by radial velocity175 planetary systems

   update : 05 March 2007 203 planets

20 multiple planet systems

    Candidates detected by microlensing4 planets

   update : 10 June 2006

    Candidates detected by imaging4 planets

   update : 24 July 2006

    Candidates pulsar planets2 planetary systems

   update : 15 October 2006 4 planets

1 multiple planet systems

Jean Schneider, O. de Paris

As Galáxias e as Nuvens Moleculares

NUVENS MOLECULARES

• Nestes ambientes frios (~ -260oC) se detectam moléculas congeladas na superfície dos grãos de poeira como: H2O, CO, CO2, NH3, CH3OH, etc.

• Estes compostos, iluminados por radiação UV mole podem formar membranas fechadas!, o protocélulas.

Exemplos de Nuvens Interestelares

As moléculas abrangem complexidade da simples di-atômica (H2), passando por familaires como cianeto de H (HCN), óxidos nitrosos, como o gás da risa (N2O), ethanol (CH3CH2OH), até cadeias mais exotérica do C (``cyano-polyynes´´) como HC11N. Existem evidências de moléculas aromáticas mais complexas r (hidrocarbonos aromáticos policícliucos, PAHs). Como regra, quanto mais comploexa a molécula menor é a concentração relativa.

Algumas moléculas não erão conhecidas na Terra. A identificação leva um tranbalho muito grande. Um exemplo é a the identification of the molecular ion HCO+.

Discos Protoplanetários em NGC 3603 (Brandner, Grebel, Chu, Dottori, Brandl, Richling, York, Points y

Zinnecker AJ,2000)

Como se detectam as moléculas?

Atacama Large Millimeter Array

GRAN TELSCOPIO MILIMETRICO

Como armazenam as moléculas a sua energia interna?

Alguns modelos de espectros moleculares

Espectro real com a identificação de uma molécula complexa

http://www.chl.chalmers.se/~numa/astrophysics/molecules/molecules.html

São 126 moléculas detectadas até agora. Muitas org^anicas

Metano

C

H

2000

2004

Açucar

Molecules with Two AtomsAlF AlCl C2 CH CH+ CN CO CO+ CP CS CSi HCl H2 KCl NH NO NS NaCl OH PN SO S0+ SiN SiO SiS HF SH, FeO(?) feo.html

Molecules with Three AtomsC3 C2H C20 C2S CH2 HCN HCO HCO+ HCS+ HOC+ H20 H2S HNC HNO MgCN MgNC N2H+ N20 NaCN OCS S02 c-SiC2 CO2 NH2 H3+ AlNC

Molecules with Four Atomsc-C3H l-C3H C3N C30 C3S C2H2 CH2D+? HCCN HCNH+ HNCO HNCS HOCO+ H2CO H2CN H2CS H30+ NH3 SiC3

Molecules with Five AtomsC5 C4H C4Si l-C3H2 c-C3H2 CH2CN CH4 HC3N HC2NC HCOOH H2CHN H2C20 H2NCN HNC3 SiH4 H2COH+

Molecules with Six AtomsC5H C50 C2H4 CH3CN CH3NC CH30H CH3SH HC3NH+ HC2CHO HCONH2 l-H2C4 C5N

Molecules with Seven AtomsC6H CH2CHCN CH3C2H HC5N HCOCH3 NH2CH3 c-C2H4O CH2CHOH

Molecules with Eight AtomsCH3C3N HCOOCH3 CH3COOH C7H, H2C6,CH2OHCHO, CH2CHCHO

Molecules with Nine AtomsCH3C4H CH3CH2CN (CH3)20 CH3CH20H HC7N C8H

Molecules with Ten AtomsCH3C5N? (CH3)2CO NH2CH2COOH? CH3CH2CHO

Molecules with Eleven AtomsHC9N

Molecules with Thirteen AtomsHC11N

Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos reportados em 2004 (nuv. Mol.)

Pireno Antracina

Meteoritos Crondríticos CarbonáceosAminoácidos: 36 detectados no meteoríto Murchison.

Vida: 8 dos 20 necessa’rios.

H2NCH2COOH, Glicina (D), resto L-chirality, como na vida!

http://www.tufts.edu/as/wright_center/cosmic_evolution/docs/text/text_chem_4.html

                                         

encontrado

em células raridade

Scientists with the NASA Astrobiology Institute have created self-replicating molecules that produce only "left-handed" molecules or only "right-handed" molecules.The findings may help explain why life is based on left-handed amino acids.

Peptido autoreplicante(Ghadiri 2001)

Producción de aminoácidos y protocelulas

Experimento de Miller-Urey

"Left-Handed Molecules"

Broadcast Saturday 29/08/98

Summary:While working on a program to study the structure of star formation regions, Dr Jeremy Bailey and his team at the Anglo-Australian Telescope have discovered that organic molecules in Orion seem to twist to the left. His paper was published this week in the journal, Nature.

NUVENS MOLECULARES

• As nuvens moleculares densas podem não ser destruidas antes da morte das estrelas mais brilhantes

• Os discos protoplanetarios podem sobreviver nestes ambientes, e seguir uma evolução dinâmica própria.

PROPLIDEOS-PROPLYDS (Discos Protoplanetários)

• Fueron descubiertos en la Nebulosa de Orión.

• Solo pueden verse si estan iluminados de afuera, por estrellas calientes. Esto es, cerca de estrellas jovenes, muy masivas.

• En estos ambientes no sobreviven por mucho tiempo, pues la radiación evapora el disco.

• Una forma de sobrevivir es si estan inmersos em grandes nubes de moleculares, donde estan protegidos hasta la muerte de las estrellas muy calientes.

Discos Protoplanetários en la Nebulosa de Orión

Discos Protoplanetários em NGC 3603 (Brandner, Grebel, Chu, Dottori, Brandl, Richling, York, Points y

Zinnecker AJ,2000)

Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos reportados em 2004 (nuv. Mol.)

Pireno Antracina

Meteoritos Crondríticos CarbonáceosAminoácidos: 36 detectados no meteoríto Murchison.

Vida: 8 dos 20 necessa’rios.

H2NCH2COOH, Glicina (D), resto L-chirality, como na vida!

Producción de aminoácidos y protocelulas

Experimento de Miller-Urey

A PANSPERMIA

A panspermia é a hipótese segundo a qual as sementes de vida são prevalentes em todo o Universo e que a vida na Terra começou quando uma dessas sementes aqui chegou, tendo-se propagado.

Essa idéia tem origem nos pensamentos de Anaxágoras, mas a sua versão mais moderna foi proposta por Hermann von Helmholtz em 1879.

A panspermia tanto poderá ser interestelar ou interplanetária. O AMES-NASA laboratory entende que existem evidências em favor dessa teoria.

Considerações finais

Meteoritos Crondriticos

Nuvens moleculares

Formação de estrelas

PROPLIDEOS

Left vs Right handed em Orion

• A procura por homemzinhos verdes provenientes de outros mundos, embora válida, pula um degrau fundamental, a comprensão da gênesis e a complexidade das diversas formas de vida.

Funny what the guy said,Isn’ t it?

Divertido o quefalou o cara, neh?

Como se autoregulan las condiciones amenas a las formas de vida desarrolladas en la superficie

terrestre?

• Se estima que el ciclo Carbonatos- Silicatos es un termostato en periodos de tiempo largos.

1-Atmósfera de la Tierra 2- Tierra vs.Venus

CO2 en la atmósfera terrestre trazado por las plantas en los últimos 3 108 años

• Según la revista Nature (Retallack, 411, 287, 2001 y Kürschner, 411, 247, 2001), las plantas respondieron al aumento de CO2 durante los 200 años de la era industrial aumentando la densidad de poros en las hojas.

• Investigaciones de fósiles de plantas relacionados a la especie ginkgo realizadas por estos autores, muestran que la abundancia de CO2 está relacionada con periodos conocidos de calentamiento por efecto estufa y de enfriamiento por glaciaciones.

• Como este “paleobarómetro” ya existia, permitió verificar que el clima y el contenido de CO2 han estado intimamente relacionados en los últimos 300 millones de años.

• El contenido de elementos volátiles en los mares de la Tierra corresponde mas a lo que se encuentra a la distancia de Júpiter.

• Esto refuerza la hipótesis de que el agua podria haber sido incorporada a la Tierra por cometas tipo LINEAR en la fase de bombardeo tardio, hace 4 109 años y que formas primitivas de vida se desarrollaron en la época de bombardeo de cometas (4,5 109 años)

Cometa LINEAR, contenido de isótopos de elementos volátiles semejante a la de los mares terrestres (3,3 109 kg

H2O).

Tres fases de la desintegración del cometa en 2000

Elementos como el CO, metano (CH4), etano (C2H6), etc solo están en forma de hielo afuera de la órbita de Marte.

Impactos de cometas reproducidos en laboratorio

Simulación de choques de cometas

Movimiento tectónico vs. Fuerza de marea

• La capa de hielo de 60 km de espesura que cubre al satélite Europa, de Júpiter, está flotando sobre un mar de agua líquida, calentada por las fuerzas de marea producidas por el planeta. Los mares de Europa contienen sales de Magnésio.

• Como vimos, los oceanos terrestres tienen formas de vida a varios quilómetros de profundidad, vinculadas al calor que sale de los volcanes submarinos y no a la energía que recibimos del Sol, con un metabolismo basado en el Azufre.

• Esto plantea la posibilidad de que en las profundidades de Europa pueda existir vida surgida del calor de supuestos volcanes, no ya producidos por el movimiento tectónico, mas por las fuerzas de marea.

• El calentamiento del magma terrestre es producido por el decaimiento de materiales radioactivos. Este proceso solo podria mantenerse por mas de 4 109 años en planetas de ~1/4 Mtierra .

• Por el contrario, el calentamiento por la fuerza de marea resuelve este problema. Este calentamiento solo puede existir en satélites al rededor de grandes planetas.

IoIo

Manchas sazonales en las calotas polares de Marte

Las Zonas azules son enriquecidas em Nitrógeno

GANIMEDES

2 AtomosAlF AlCl C2 CH CH+ CN CO CO+ CP CS CSi HCl H2 KCl NH NO NS NaCl OH PN SO S0+ SiN SiO SiS

HF   SH,        FeO(?) 

8 AtomosCH3C3N HCOOCH3 CH3COOH

C7H, H2C6,CH2OHCHO,          CH2CHCHO 

10 AtomosCH3C5N? (CH3)2CO NH2CH2COOH?         CH3CH2CHO  

13 AtomosHC11N

São 126 moléculas detectadas até agora. Muitas org^anicas

3 AtomsC3 C2H C20 C2S CH2 HCN HCO HCO+ HCS+ HOC+ H20 H2S HNC HNO MgCN MgNC N2H+ N20 NaCN OCS S02 c-SiC2 CO2        AlNC