Algunos planetas potencialmente habitables nacieron siendo mundos gaseosos como Neptuno

Utilizando modelos informáticos, los co-autores encontraron que las fuerzas de marea y de escape atmosférico a veces pueden dar forma a los planetas que comienzan como mini-Neptunos y convertirlos en mundos potencialmente habitables, libres de su envoltura gaseosa, con un núcleo rocoso y agua en la superficie

Se conocen dos fenómenos capaces de inhibir la habitabilidad potencial de planetas: las fuerza de marea y una vigorosa actividad estelar, que podrían ser en cambio positivos para las posibilidades de vida en ciertos planetas en órbita alrededor de estrellas de masa baja, según han descubierto astrónomos de la Universidad de Washington.

Rodrigo Luger y Rory Barnes, de la Universidad de Washington, afirman que las dos fuerzas podrían combinarse para transformar minineptunos inhabitables —grandes planetas en órbitas alejadas de su estrella con núcleos sólidos y gruesas atmósferas de hidrógeno— en planetas más cercanos, libres de gas y potencialmente habitables.

Los minineptunos típicamente se forman lejos de su estrella progenitora, con moléculas de hielo que se únen con hidrógeno y helio gaseosos en grandes cantidades para formar núcleos helados rocosos rodeados por atmósferas gaseosas masivas.

La intensa radiación de la estrella progenitora puede provocar que los planetas conocidos como minineptunos situados en la zona habitable se desprendan de sus envolturas gaseosas y se conviertan en mundos potencialmente habitables. Crédito: Rodrigo Luger / NASA images

«Inicialmente son mundos muy fríos e inhóspitos», comentó Luger. «Pero los planetas no tienen por qué permanecer siempre en el mismo sitio. Junto con otros procesos, las fuerzas de marea pueden inducir a la migración de planetas hacia el interior». Este proceso puede llevar a los minineptunos hacia la zona habitable de su estrella, donde están expuestos a niveles mucho más altos de rayos X y radiación ultravioleta.

Esto a su vez puede conducir a la rápida pérdida de gases atmosféricos al espacio, quedando a veces un mundo sin hidrógeno, rocoso, precisamente en la zona habitable. «Planetas así es probable que tengan mucha agua en la superficie, dado que su núcleo es rico en hielo de agua», afirmó Luger. «Una vez en la zona habitable, este hielo puede fundirse y formar océanos», quizás conduciendo a la aparición de la vida.

Las Súper-Tierras son planetas mayores en masa que el nuestro pero más pequeños que los gigantes de gas como Neptuno y Urano. La zona habitable es la franja de espacio alrededor de una estrella que podría permitir la existencia de agua líquida en la superficie de un planeta rocoso que la orbita, tal vez dando una oportunidad a la vida.

«Hay muchos procesos que son insignificantes en la Tierra, pero pueden afectar la habitabilidad de los planetas de las enanas M«, dijo Luger. «Dos de las más importantes son los fuertes efectos de las mareas y la actividad estelar vigorosa.»

La fuerza de marea es el tirón gravitacional de una estrella sobre un planeta en órbita, y es más fuerte en el lado cercano del planeta, el que enfrenta a la estrella madre, que en el otro extremo, ya que la gravedad se debilita con la distancia. Esta fuerza puede estirar un mundo en una forma elipsoidal o en forma de huevo, y también es posible que lo haga migrar más cerca de su estrella.

«Esta es la razón por la que tenemos mareas oceánicas de la Tierra, ya que las fuerzas de marea, tanto de la Luna y el Sol pueden «tirar» de los océanos, creando un bulto que experimentamos como una marea alta», dijo Luger. «Por suerte, en la Tierra es realmente sólo el agua de los océanos la que se distorsiona, y sólo por un par de metros. Pero los planetas cercanos a sus soles, como los de las zonas habitables de las enanas M, experimentan fuerzas de marea mucho más fuertes.»

Este estiramiento causa fricción en el interior de un planeta, que emite enormes cantidades de energía. Esto puede conducir a un vulcanismo en la superficie y en algunos casos, incluso, calentar el planeta a un estado de efecto invernadero desbocado, haciendo hervir sus océanos, y eliminando toda posibilidad de habitabilidad.

La actividad estelar vigorosa también puede destruir cualquier posibilidad de vida en los planetas que orbitan alrededor de estrellas de baja masa. Las enanas M son muy brillantes cuando son jóvenes y emiten una gran cantidad de rayos X de alta energía y radiación ultravioleta, que pueden calentar la atmósfera superior de un planeta, generando fuertes vientos que pueden erosionar la atmósfera por completo. En un artículo reciente, Luger y Barnes mostraron que toda el agua de la superficie de un planeta puede perderse debido a esta actividad estelar durante los primeros cientos de millones de años después de su formación.

«Pero las cosas no son necesariamente tan sombrías como suenan», dijo Luger. Utilizando modelos informáticos, los co-autores encontraron que las fuerzas de marea y de escape atmosférico a veces pueden dar forma a los planetas que comienzan como mini-Neptunos y convertirlos en mundos potencialmente habitables, libres de su envoltura gaseosa.

¿Cómo se produce esta transformación?

Típicamente, los mini-Neptunos se forman lejos de su estrella anfitriona, con moléculas de hielo unidas con los gases hidrógeno y helio en gran cantidad para formar helados núcleos rocosas rodeados de ambientes gaseosos masivos.

«Ellos al principio son mundos congelados, inhóspitos y fríos», dijo Luger. «Pero los planetas no tienen que permanecer siempre en su lugar. Junto a otros procesos, las fuerzas de marea pueden inducir la migración del planeta hacia el interior. «Este proceso puede llevar a los mini-Neptunos a la zona habitable de su estrella anfitriona, donde están expuestos a niveles mucho más altos de rayos X y la radiación ultravioleta.

Esto a su vez puede conducir a una rápida pérdida de los gases de la atmósfera al espacio, a veces dejando un mundo rocoso libre de hidrógeno exactamente en la zona habitable. Los co-autores llaman a estos planetas «núcleos evaporados habitables.»

«Es probable que este planeta tenga agua superficial abundante, ya que su núcleo es rico en hielo de agua», dijo Luger. «Una vez en la zona habitable, este hielo puede derretirse y formar océanos», y tal vez conducir a la vida.

Barnes y Luger señalan que tendrían que darse muchas otras condiciones en tales planetas para ser habitable. Una de ellas es el desarrollo de un ambiente adecuado para la creación y el reciclaje de nutrientes a nivel mundial.

El otro es, simplemente, el tiempo. Si la pérdida del hidrógeno y el helio es demasiado lenta mientras se está formando un planeta, prevalecería una envoltura gaseosa y no se puede formar un mundo rocoso terrestre. Si el mundo pierde hidrógeno demasiado rápido, podría dar lugar a un estado de efecto invernadero desbocado, y toda el agua se perdería en el espacio.

«La conclusión es que este proceso —la transformación de un mini-Neptuno en un mundo parecido a la Tierra— podría ser una vía para la formación de mundos habitables alrededor de estrellas enanas M», dijo Luger.

¿Van a ser verdaderamente habitable? Esto sigue siendo parte de algo a aprender en una investigación futura, dijo Luger.

«De cualquier manera, es probable que anden por ahí estos núcleos evaporado en las zonas habitables de estas estrellas, y muchos pueden ser descubiertos en los próximos años.»

 

 

Luger es el autor principal del artículo, los coautores son Barnes y Victoria Meadows de la UW. Otros co-autores son E. López y Jonathan Fortney, de la Universidad de California, Santa Cruz, y Brian Jackson de la Universidad Estatal de Boise.

La investigación se realizó a través del Laboratorio Planetario Virtual, un grupo de investigación interdisciplinario basado en la Universidad de Washington, y se financia a través del Instituto de Astrobiología de la NASA en virtud de Acuerdo de Cooperación número NNA13AA93A.

Fuente: UW Today – University of Washington. Aportado por Eduardo J. Carletti

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