Efeitos sobre um planeta

Nesta seção iremos utilizar a sistemática que desenvolvemos para o estudo da interação de GRBs com um planeta para outra fonte de radiação de alta energia, os Soft- Gamma Repeaters - SGR (Galante and Horvath 2007).

Essas fontes astrofísicas emitem pulsos regulares em raios-X, estando normalmente associadas a estrelas de nêutrons fortemente magnetizadas em rotação (magnetares) (Woods 2004). Todas as fontes, no entanto, apresentaram atividade esporádica muito mais intensa que a emissão regular, em eventos conhecidos como flares ou giant flares. A duração do evento de pico é de cerca de 0.2s, com uma fase de decaimento de cerca de 400s, modulada com periodicidade de cerca de 1s, associada à

76 rotação da estrela de nêutrons. A emissão durante o pico é muito mais dura que na fase de decaimento, chegando a 175keV, em comparação com 10keV da cauda.

Fig. 45: Curva de luz do SGR 1806-20 durante seu episódio de giant flare em

27/12/2004 (Hurley, Boggs et al. 2005).

Fig. 46: Espectro em energia da emissão durante o flare do SGR 1806-20 (Hurley,

Boggs et al. 2005).

Quatro desses eventos foram observados até o momento na Galáxia e Grande Nuvem de Magalhães (SGR 1627-41, SGR 1900+14, SGR 0526-66, SGR 1806-20).

77 A emissão de energia está ligada ao decaimento do forte campo magnético do magnetar (~1015G), tendo sido observados com intervalo de ~10 anos.

Iremos utilizar como referência o evento de giant flare do SGR 1806-20, cuja curva de luz e espectro da emissão inicial estão apresentados nas Fig. 45 e 46. A energética do surto pode ser resumida como:

• Fluxo no pico: Fpeak > 0.3 erg/cm2 (Nakar, Piran et al. 2005)

• Distância estimada: 6.4 kpc < D < 9.8 kpc (Cameron, Chandra et al. 2005)

• Ângulo de colimação: ∆Ω ~ 0.03 sr (Yamazaki, Ioka et al. 2005) • Luminosidade isotrópica γ: erg Lisopeak erg

45 45 10 5 . 3 10 5 . 1 × ≤ ≤ × • Luminosidade γ colimada: erg Lbeampeak erg

44 43 10 8 . 0 10 5 . 3 × ≤ ≤ ×

A principal contribuição do estudo destas fontes é que suas distâncias são conhecidas e as curvas de luz quase idênticas, permitindo uma “calibração” dos efeitos biológicos muito mais confiável que aquela obtida para os GRB clássicos. Temos a vantagem de conhecermos suas fontes, apesar de ainda não sabermos se o evento de flare é único ou recorrente na vida de um magnetar. Adotando a mesma sistemática usada na seção 3.3 para GRB, podemos calcular as distâncias D10 para esse evento. Os resultados desses cálculos estão apresentados na Tabela 6.

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Tabela 6: Distâncias para depleção de 90% da população pelos 4 efeitos descritos para

GRB extrapolados para o evento de flare do SGR 1806-20, mostrando os maiores alcances para o flash de UV. Os intervalos nas distâncias refletem as incertezas na taxa de conversão γ para UV.

* Depleção de O3 e CRJ não são relevantes para o caso de atmosfera fina, nem a distância para

E.coli para depleção de O3, pois sua dose letal já está abaixo do fluxo normal sem o surto. O

flash γ é também desprezado para atmosferas espessas.

Esses eventos apresentam uma emissão muito semelhante à dos GRBs, porém deslocado para energias menores e com menor luminosidade total (Nakar, Piran et al. 2005). Eles são de interesse astrobiológico por estarem, de fato, localizados na Galáxia, e não em distâncias cosmológicas. Mesmo o evento SGR 1806-20, distante de alguns kpc da Terra foi capaz de afetar a ionosfera terrestre de modo mensurável (Campbell, Hill et al. 2005).

Pelos nossos cálculos da Tabela 6, eventos ocorrendo até dezenas de parsecs poderiam ter grande efeito sobre a biosfera terrestre.

3.4.2 Estatística

Com o propósito de avaliar a ocorrência de eventos de SGR próximos, calculamos a probabilidade de ocorrência de um flare em distâncias suficientemente pequenas para causar impacto na biologia da Terra, segundo a Tabela 6 (Galante and Horvath 2009).

Para isto foi realizado um cálculo Monte Carlos associando os eventos de flare aos seus possíveis progenitores, estrelas de nêutrons com alto campo magnético. Distribuímos as estrelas com as seguintes densidades:

Efeito planetário

Organismo teste

D10 (pc)

Atmosfera fina Atmosfera atual

Flash γ E.coli 0.06 – 0.09 - * D.radiodurans 0.01 – 0.02 -* Flash UV E.coli 7 - 35 3 - 22 D.radiodurans 1 - 7 1 - 4 Depleção de O3 E.coli -* -* D.radiodurans -* 2 - 3 CRJ E.coli - * 0.01 D.radiodurans -* negligible

79 e R R R e N R N − = ₀ ) ( (Re=3800pc) e Z Z Z e N Z N − = 0 ) ( (Ze=70pc)

Onde �(�) é o número de estrelas em determinado raio galáctico e �(�) o número de estrelas em determinada altura do plano Galáctico, Re e Ze são as escalas de raio e altura, ou seja, onde o número de estrelas cai para 1/e do valor inicial.

Supusemos uma população estacionária de 15 fontes na Galáxia, com tempo de vida médio de 105anos. O código sorteia novas fontes ao final desse tempo de vida, seguindo a distribuição de estrelas de nêutrons.

Usamos três diferentes distâncias da Terra para contabilizar os flares de importância biológica: 20, 50 e 100pc. Sempre que um evento ocorresse dentro de uma dessas esferas ele era contabilizado. Os resultados estão apresentados nas Fig. 47, 48 e 49.

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Fig. 47: Em azul estão os eventos ocorrendo a até 100pc de distância do planeta, em

vermelho a até 50pc e em preto a até 20pc, sendo a altura no plano Galáctico fixa o raio variável.

Fig. 48: Com altura fixa, o intervalo entre eventos como função do raio Galáctico, para

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Fig. 49: Número de eventos em distâncias menores que 20, 50 e 100pc, variando-se raio

82 Na Fig. 47 variamos a posição radial de nosso observador, porém o deixamos fixo na altura Galáctica. Para regiões próximas às do Sol, distante de 8kpc do centro Galáctico o número de fontes seria é baixo. Praticamente nenhum evento ocorreria a 20pc da Terra em uma escala de tempo de bilhões de anos. No entanto, expandindo o raio para 100pc já podemos esperar algumas dezenas de eventos.

A Fig. 48 apresenta o intervalo entre eventos ocorrendo em distâncias menores que os raios estabelecidos, novamente mantendo-se a altura fixa e variando o raio. Novamente, para o raio de 20pc na posição solar seria muito improvável a ocorrência de um evento com intervalos menores que 1 bilhão de anos.

A Fig. 49 apresenta o número de eventos ocorrendo dentro da esfera agora variando raio e altura Galáctica.

Apesar de a Terra estar em uma região praticamente livre das fontes, outros planetas situados em regiões mais interiores da Galáxia poderiam sofrer vários flares em sua proximidade durante o tempo de vida Galáctico.

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