Cuando se trata de buscar mundos que puedan apoyar la vida extraterrestre, los científicos actualmente confían en el enfoque de "fruta baja". Dado que solo conocemos un conjunto de condiciones bajo las cuales la vida puede prosperar, es decir, lo que tenemos aquí en la Tierra, tiene sentido buscar mundos que tengan estas mismas condiciones. Estos incluyen estar ubicados dentro de la zona habitable de una estrella, tener una atmósfera estable y poder mantener agua líquida en la superficie.
Hasta ahora, los científicos se han basado en métodos que hacen que sea muy difícil detectar el vapor de agua en la atmósfera de los planetas terrestres. Pero gracias a un nuevo estudio dirigido por Yuka Fujii del Instituto Goddard de Estudios Espaciales (GISS) de la NASA, eso puede estar a punto de cambiar. Usando un nuevo modelo tridimensional que tiene en cuenta los patrones de circulación global, este estudio también indica que los exoplanetas habitables pueden ser más comunes de lo que pensábamos.
El estudio, titulado "Atmósferas superiores húmedas impulsadas por NIR de exoplanetas terrestres templados giratorios sincrónicamente", apareció recientemente en El diario astrofísico. Además del Dr. Fujii, quien también es miembro del Earth-Life Science Institute en el Instituto de Tecnología de Tokio, el equipo de investigación incluyó a Anthony D. Del Genio (GISS) y David S. Amundsen (GISS y la Universidad de Columbia).
En pocas palabras, el agua líquida es esencial para la vida tal como la conocemos. Si un planeta no tiene una atmósfera lo suficientemente cálida como para mantener el agua líquida en su superficie durante un período de tiempo suficiente (del orden de miles de millones de años), entonces es poco probable que la vida pueda emerger y evolucionar. Si un planeta está demasiado lejos de su estrella, su agua superficial se congelará; Si está demasiado cerca, su agua superficial se evaporará y se perderá en el espacio.
Si bien antes se había detectado agua en las atmósferas de los exoplanetas, en todos los casos, los planetas eran gigantes gaseosos masivos que orbitaban muy cerca de sus estrellas. (también conocido como "Hot Jupiters"). Como Fujii y sus colegas afirman en su estudio:
"Aunque se han detectado firmas de H2O en las atmósferas de los Júpiter calientes, la detección de firmas moleculares, incluido el H2O, en planetas terrestres templados es extremadamente desafiante, debido al pequeño radio planetario y la pequeña altura de la escala (debido a la temperatura más baja y probablemente a una media más alta peso molecular)."
Cuando se trata de exoplanetas terrestres (es decir, rocosos), los estudios anteriores se vieron obligados a confiar en modelos unidimensionales para calcular la presencia de agua. Esto consistió en medir la pérdida de hidrógeno, donde el vapor de agua en la estratosfera se descompone en hidrógeno y oxígeno por la exposición a la radiación ultravioleta. Al medir la velocidad a la que se pierde hidrógeno en el espacio, los científicos estimarían la cantidad de agua líquida todavía presente en la superficie.
Sin embargo, como explican la Dra. Fujii y sus colegas, tales modelos se basan en varios supuestos que no pueden abordarse, que incluyen el transporte global de calor y vapor de agua, así como los efectos de las nubes. Básicamente, los modelos anteriores predijeron que para que el vapor de agua llegue a la estratosfera, las temperaturas superficiales a largo plazo en estos exoplanetas tendrían que ser más de 66 ° C (150 ° F) más de lo que experimentamos aquí en la Tierra.
Estas temperaturas podrían crear poderosas tormentas convectivas en la superficie. Sin embargo, estas tormentas no podrían ser la razón por la cual el agua llega a la estratosfera cuando se trata de planetas que giran lentamente y entran en un estado de invernadero húmedo, donde el vapor de agua intensifica el calor. Se sabe que los planetas que orbitan cerca de sus estrellas progenitoras tienen una rotación lenta o están bloqueados por las mareas con sus planetas, lo que hace que las tormentas convectivas sean poco probables.
Esto ocurre con bastante frecuencia para los planetas terrestres que se encuentran alrededor de estrellas de baja masa, ultra frías, de tipo M (enana roja). Para estos planetas, su proximidad a su estrella anfitriona significa que su influencia gravitacional será lo suficientemente fuerte como para desacelerar o detener completamente su rotación. Cuando esto ocurre, se forman nubes gruesas en el lado del día del planeta, protegiéndolo de gran parte de la luz de la estrella.
El equipo descubrió que, si bien esto podría mantener el lado frío del día y evitar el aumento del vapor de agua, la cantidad de radiación infrarroja cercana (NIR) podría proporcionar suficiente calor para que un planeta entre en un estado de invernadero húmedo. Esto es especialmente cierto para el tipo M y otras estrellas enanas frías, que se sabe que producen más en el camino de NIR. A medida que esta radiación calienta las nubes, el vapor de agua se elevará hacia la estratosfera.
Para abordar esto, Fujii y su equipo se basaron en modelos tridimensionales de circulación general (GCM) que incorporan la circulación atmosférica y la heterogeneidad climática. Por el bien de su modelo, el equipo comenzó con un planeta que tenía una atmósfera similar a la Tierra y estaba completamente cubierto por océanos. Esto permitió al equipo ver claramente cómo las variaciones en la distancia de los diferentes tipos de estrellas afectarían las condiciones en las superficies de los planetas.
Estos supuestos permitieron al equipo ver claramente cómo el cambio de la distancia orbital y el tipo de radiación estelar afectaba la cantidad de vapor de agua en la estratosfera. Como explicó el Dr. Fujii en un comunicado de prensa de la NASA:
"Utilizando un modelo que simula de manera más realista las condiciones atmosféricas, descubrimos un nuevo proceso que controla la habitabilidad de los exoplanetas y nos guiará en la identificación de candidatos para estudios posteriores ... Encontramos un papel importante para el tipo de radiación que emite una estrella y su efecto. tiene en la circulación atmosférica de un exoplaneta en hacer el estado de invernadero húmedo ".
Al final, el nuevo modelo del equipo demostró que, dado que las estrellas de baja masa emiten la mayor parte de su luz en las longitudes de onda NIR, se producirá un estado de invernadero húmedo para los planetas que orbitan cerca de ellos. Esto daría lugar a condiciones en sus superficies comparables a las que experimenta la Tierra en los trópicos, donde las condiciones son cálidas y húmedas, en lugar de cálidas y secas.
Además, su modelo indicaba que los procesos impulsados por NIR aumentaron la humedad en la estratosfera gradualmente, hasta el punto de que los exoplanetas que orbitan más cerca de sus estrellas podrían permanecer habitables. Este nuevo enfoque para evaluar la habitabilidad potencial permitirá a los astrónomos simular la circulación de atmósferas planetarias y las características especiales de esa circulación, que es algo que los modelos unidimensionales no pueden hacer.
En el futuro, el equipo planea evaluar cómo las variaciones en las características planetarias, como la gravedad, el tamaño, la composición atmosférica y la presión de la superficie, podrían afectar la circulación y la habitabilidad del vapor de agua. Esto, junto con su modelo tridimensional que tiene en cuenta los patrones de circulación planetaria, permitirá a los astrónomos determinar la habitabilidad potencial de planetas distantes con mayor precisión. Como Anthony Del Genio indicó:
“Mientras sepamos la temperatura de la estrella, podemos estimar si los planetas cercanos a sus estrellas tienen el potencial de estar en estado de invernadero húmedo. La tecnología actual será llevada al límite para detectar pequeñas cantidades de vapor de agua en la atmósfera de un exoplaneta. Si hay suficiente agua para ser detectada, probablemente significa que el planeta está en estado de invernadero húmedo ”.
Más allá de ofrecer a los astrónomos un método más completo para determinar la habitabilidad de los exoplanetas, este estudio también es una buena noticia para los cazadores de exoplanetas que esperan encontrar planetas habitables alrededor de estrellas de tipo M. Las estrellas de tipo M, ultrafresas y de baja masa son las estrellas más comunes en el Universo, y representan aproximadamente el 75% de todas las estrellas en la Vía Láctea. Saber que podrían soportar exoplanetas habitables aumenta en gran medida las probabilidades de encontrar uno.
Además, este estudio es MUY una buena noticia dada la reciente serie de investigaciones que ha arrojado serias dudas sobre la capacidad de las estrellas de tipo M para albergar planetas habitables. Esta investigación se realizó en respuesta a los muchos planetas terrestres que se han descubierto alrededor de las enanas rojas cercanas en los últimos años. Lo que revelaron fue que, en general, las estrellas enanas rojas experimentan demasiada erupción y pueden despojar a sus respectivos planetas de sus atmósferas.
Estos incluyen el sistema TRAPPIST-1 de 7 planetas (tres de los cuales están ubicados en la zona habitable de la estrella) y el exoplaneta más cercano al Sistema Solar, Proxima b. La gran cantidad de planetas similares a la Tierra descubiertos alrededor de estrellas de tipo M, junto con esta clase de longevidad natural de la estrella, ha llevado a muchos en la comunidad astrofísica a aventurarse a que las estrellas enanas rojas podrían ser el lugar más probable para encontrar exoplanetas habitables.
Con este último estudio, que indica que estos planetas podrían ser habitables después de todo, ¡parecería que la pelota está efectivamente de vuelta en su cancha!
