Al buscar exoplanetas potencialmente habitables, una de las cosas más importantes que los astrónomos buscan es si los candidatos a exoplanetas orbitan dentro de la zona habitable de su estrella. Esto es necesario para que exista agua líquida en la superficie de un planeta, que a su vez es un requisito previo para la vida tal como la conocemos. Sin embargo, en el transcurso del descubrimiento de nuevos exoplanetas, los científicos se han dado cuenta de un caso extremo conocido como "mundos de agua".
Los mundos de agua son esencialmente planetas que tienen hasta un 50% de agua en masa, lo que da como resultado océanos superficiales que podrían tener cientos de kilómetros de profundidad. Según un nuevo estudio realizado por un equipo de astrofísicos de Princeton, la Universidad de Michigan y Harvard, es posible que los mundos acuáticos no puedan aferrarse a su agua por mucho tiempo. Estos hallazgos podrían ser de gran importancia cuando se trata de la búsqueda de planetas habitables en nuestro cuello del cosmos.
Este estudio más reciente, titulado "La deshidratación de mundos acuáticos a través de pérdidas atmosféricas", apareció recientemente en The Astrophysical Journal Letters. Dirigido por Chuanfei Dong del Departamento de Ciencias Astrofísicas de la Universidad de Princeton, el equipo realizó simulaciones por computadora que tomaron en cuenta a qué tipo de condiciones estarían sujetos los mundos acuáticos.
Este estudio fue motivado en gran medida por la cantidad de descubrimientos de exoplanetas que se han realizado alrededor de sistemas estelares de baja masa de tipo M (enana roja) en los últimos años. Se ha encontrado que estos planetas son comparables en tamaño a la Tierra, lo que indica que probablemente fueron terrestres (es decir, rocosos). Además, se descubrió que muchos de estos planetas, como Proxima by tres planetas dentro del sistema TRAPPIST-1, orbitaban dentro de las zonas habitables de las estrellas.
Sin embargo, estudios posteriores indicaron que Proxima by otros planetas rocosos que orbitan estrellas enanas rojas podrían ser, de hecho, mundos acuáticos. Esto se basó en estimaciones de masa obtenidas por estudios astronómicos, y las suposiciones incorporadas de que tales planetas eran de naturaleza rocosa y no tenían atmósferas masivas. Al mismo tiempo, se han producido numerosos estudios que han arrojado dudas sobre si estos planetas podrían retener su agua o no.
Básicamente, todo se reduce al tipo de estrella y los parámetros orbitales de los planetas. Si bien las estrellas enanas rojas de larga vida son conocidas por ser variables e inestables en comparación con nuestro Sol, lo que resulta en erupciones periódicas que despojarían la atmósfera de un planeta con el tiempo. Además de eso, los planetas que orbitan dentro de la zona habitable de una enana roja probablemente estarían bloqueados por mareas, lo que significa que un lado del planeta estaría constantemente expuesto a la radiación de la estrella.
Debido a esto, los científicos se centran en determinar qué tan bien los exoplanetas en diferentes tipos de sistemas estelares podrían retener sus atmósferas. Como el Dr. Dong le dijo a Space Magazine por correo electrónico:
“Es justo decir que la presencia de una atmósfera se percibe como uno de los requisitos para la habitabilidad de un planeta. Dicho esto, el concepto de habitabilidad es complejo e incluye una miríada de factores. Por lo tanto, una atmósfera por sí sola no será suficiente para garantizar la habitabilidad, pero puede considerarse como un ingrediente importante para que un planeta sea habitable ".
Para probar si un mundo del agua podría retener su atmósfera, el equipo realizó simulaciones por computadora que tomaron en cuenta una variedad de posibles escenarios. Estos incluyeron los efectos de los campos magnéticos estelares, las eyecciones de masa coronal y la ionización y expulsión atmosférica para varios tipos de estrellas, incluidas las estrellas de tipo G (como nuestro Sol) y las estrellas de tipo M (como Proxima Centauri y TRAPPIST-1).
Teniendo en cuenta estos efectos, el Dr. Dong y sus colegas obtuvieron un modelo integral que simulaba cuánto tiempo durarían las atmósferas de exoplanetas. Como lo explicó:
“Desarrollamos un nuevo modelo magnetohidrodinámico de múltiples fluidos. El modelo simulaba tanto la ionosfera como la magnetosfera en su conjunto. Debido a la existencia del campo magnético dipolo, el viento estelar no puede barrer la atmósfera directamente (como Marte debido a la ausencia de un campo magnético dipolo global), en cambio, la pérdida de iones atmosféricos fue causada por el viento polar.
“Los electrones son menos masivos que sus iones padres y, como resultado, se aceleran más fácilmente hasta y más allá de la velocidad de escape del planeta. Esta separación de carga entre los electrones de baja masa que escapan y los iones significativamente más pesados y cargados positivamente establece un campo eléctrico de polarización. Ese campo eléctrico, a su vez, actúa para extraer los iones cargados positivamente detrás de los electrones que escapan, fuera de la atmósfera en los casquetes polares ".
Lo que encontraron fue que sus simulaciones por computadora eran consistentes con el sistema actual Tierra-Sol. Sin embargo, en algunas posibilidades extremas, como los exoplanetas alrededor de estrellas de tipo M, la situación es muy diferente y las tasas de escape podrían ser mil veces mayores o más. El resultado significa que incluso un mundo acuático, si orbita alrededor de una estrella enana roja, podría perder su atmósfera después de un año gigante (Gyr), mil millones de años.
Teniendo en cuenta que la vida, tal como la conocemos, tardó alrededor de 4.500 millones de años en evolucionar, mil millones de años es una ventana relativamente breve. De hecho, como explicó el Dr. Dong, estos resultados indican que los planetas que orbitan alrededor de estrellas de tipo M tendrían dificultades para desarrollar vida:
"Nuestros resultados indican que los planetas oceánicos (que orbitan una estrella similar al Sol) retendrán sus atmósferas mucho más tiempo que la escala de tiempo de Gyr ya que las tasas de escape de iones son demasiado bajas, por lo tanto, permite que la vida se prolongue más en estos planetas y evolucionar en términos de complejidad. En contraste, para los exoplanetas que orbitan enanos M, podrían tener sus océanos agotados en la escala de tiempo de Gyr debido a los entornos de radiación y partículas más intensos que experimentan los exoplanetas en zonas habitables cercanas. Si la atmósfera se agotara en la escala de tiempo menos que Gyr, esto podría resultar problemático para el origen de la vida (abiogénesis) en el planeta ".
Una vez más, estos resultados ponen en duda la posible habitabilidad de los sistemas estelares enanos rojos. En el pasado, los investigadores han indicado que la longevidad de las estrellas enanas rojas, que pueden permanecer en su secuencia principal por hasta 10 billones de años o más, las convierten en el mejor candidato para encontrar exoplanetas habitables. Sin embargo, la estabilidad de estas estrellas y la forma en que es probable que despojen a los planetas de sus atmósferas parece indicar lo contrario.
Por lo tanto, estudios como este son altamente significativos, ya que ayudan a abordar cuánto tiempo un planeta potencialmente habitable alrededor de una estrella enana roja podría permanecer potencialmente habitable. Dong indicó:
“Dada la importancia de la pérdida atmosférica en la habitabilidad planetaria, ha habido un gran interés en el uso de telescopios como el próximo James Webb Space Telescope (JWST) para determinar si estos planetas tienen atmósferas y, de ser así, cuál es su composición . Se espera que el JWST sea capaz de caracterizar estas atmósferas (si está presente), pero cuantificar las tasas de escape con precisión requiere un grado de precisión mucho mayor y puede no ser factible en el futuro cercano ".
El estudio también es significativo en lo que respecta a nuestra comprensión del Sistema Solar y su evolución. Hubo un tiempo en que los científicos se aventuraron a considerar que tanto la Tierra como Venus podrían haber sido mundos acuáticos. Cómo hicieron la transición de ser muy acuosos a lo que son hoy: en el caso de Venus, seco e infernal; y en el caso de la Tierra, tener múltiples continentes es una pregunta muy importante.
En el futuro, se anticipan encuestas más detalladas que podrían ayudar a arrojar luz sobre estas teorías en competencia. Cuando el telescopio espacial James Webb (JWST) se implemente en la primavera de 2018, utilizará sus poderosas capacidades infrarrojas para estudiar planetas alrededor de enanas rojas cercanas, siendo Proxima b una de ellas. Lo que aprendamos sobre este y otros exoplanetas distantes contribuirá en gran medida a informar nuestra comprensión de cómo evolucionó también nuestro propio Sistema Solar.
