viernes, 7 de marzo de 2014

Nuevo estudio sobre la habitabilidad de las exolunas

Crédito: NASA
Cuando pensamos en la posibilidad de la existencia de vida en otros mundos, muchas veces sólo pensamos en los planetas como candidatos para albergarla. Pero la realidad, es que muchas lunas podrían ser más hospitalarias que los propios exoplanetas.

Un planeta gigante de gas situado en la zona habitable de una estrella y que no sea muy cálido, podría albergar lunas habitables. Además, la mayoría de los mundos que hemos encontrado en las zonas de habitabilidad estelar (región alrededor del astro donde es posible la existencia de agua líquida) son planetas gigantes, y no planetas telúricos como el nuestro. Así que es posible que el primer lugar habitado que encontremos fuera de nuestro Sistema Solar sea una luna.

 Este tipo de consideraciones son las que han llevado a René Heller, becaria postdoctoral de la Universidad de McMaster, a buscar métodos para poder detectar exolunas alrededor de otros mundos, así como, estudiar sus características. Una parte importante de su trabajo se centra en la habitabilidad de las exolunas, que es un poco más complicada que los escenarios planetarios.

Efecto invernadero desbocado en Venus. Crédito: ESA.
En un  nuevo estudio, René Heller y su colega Rory Barnes de la Universidad de Washington, han examinado cómo el calor que emana de un planeta recién formado, junto a la irradiación de la propia estrella del sistema, puede hacer que las lunas situadas en las zonas habitables pierdan todo el agua antes de que la temperatura sea la óptima como para mantenerla, provocando que estos mundos sean secos y estériles.
"La habitabilidad de una exoluna está condicionada por su ubicación en la zona de  habitabilidad de la estrella, pero no olvidemos que estos cuerpos poseen una segunda fuente de calor: su planeta anfitrión. Este exoplaneta debe ser contabilizado a la hora de analizar la habitabilidad de la luna. Con respecto a esta segunda fuente, nuestro estudio muestra que a corta distancia, la iluminación de los planetas gigantes gaseosos jóvenes y calientes, pueden dejar a la luna estéril".


Los investigadores creen que las lunas podrían albergar vida de la misma forma que puede hacerlo un planeta. Incluso, si la luna se encuentra más allá de la zona de habitabilidad, tal y como ocurre con Europa en Júpiter, o Titán, en Saturno, que ofrecen grandes oportunidades para encontrar vida fuera de la Tierra. Aún así, una luna situada en la zona habitable, se erige como la opción ideal para encontrar vida.

Crédito: NASA/JPL/Ted Stryk
Los hallazgos de Heller sugieren que debemos tener cuidado antes de señalar que una luna es potencialmente habitable. Ya que aparte de su ubicación actual, hay que tener en cuenta el modo en el ha evolucionado el sistema solar en el que se encuentra. 
"Las exolunas de tamaño terrestre, que podrían detectarse dentro de poco, podrían encontrarse completamente estériles", dijo Heller. "Al evaluar la habitabilidad de una luna, es crucial tener en cuenta su historia junto a la del planeta anfitrión".

 
Génesis lunar

 Generalmente se piensa que las lunas se forman de manera similar a como lo hacen los planetas: poco a poco. Es decir, cuando un disco de escombros y polvo rodea a las estrellas poco después de su nacimiento, los planetas se forman mediante la colisión de pequeños fragmentos de rocas que poco a poco van adquiriendo cada vez mayor tamaño, hasta que estos protoplanetas colisionan entre sí formando cuerpos todavía mayores. Como la masa de estos cuerpos y su gravedad crecen a la par, los planetas llegan a ser capaces de atraer su propio material formando un disco de escombros a su alrededor. Los escombros de estos discos planetarios, posteriormente, dan lugar a las lunas de los planetas. Nuestra Luna es una excepción a este escenario, ya que la teoría más aceptada sugiere que se formó a raíz de un gran impacto que sufrió la Tierra con un cuerpo del tamaño de Marte.
.Ganímedes. Crédito: NASA/JPL/Ted Stryk

Este proceso de formación genera una gran cantidad de calor. Por lo tanto, los cuerpos planetarios y las lunas recién formadas se encuentran a temperaturas altas. Sin embargo, los mundos rocosos podrían ser capaces de mantener unas ciertas reservas de agua que podrían reponerse posteriormente gracias al impacto de cometas y meteoritos.

Según las teorías de formación planetaria actuales, las grandes lunas podrían formarse a una distancia del planeta de entre 5 y 30 radios del cuerpo. Este modelo se ajusta a lo que vemos en nuestro propio Sistema Solar: 
Io orbita a 6,1 radios de Júpiter de distancia del planeta ; Europa , 9,7 ; Ganímedes, 15.5 , y Callisto orbita a 27 radios del gigante de gas . La luna más grande de Saturno , Titán, tiene su hogar a una distancia de 21,3  radios de Saturno.


Encontrar el " borde habitable "Heller y Barnes han tratado de averiguar la distancia más próxima a la que puede encontrarse una exoluna de su planeta como para poder mantener agua líquida en su superficie. Esta frontera orbital interna se llama "borde habitable". Las lunas situadas dentro de esta frontera reciben un exceso de energía térmica a partir de dos fuentes principales: el calentamiento por mareas producido por el tirón gravitatorio que genera sobre este cuerpo en propio planeta, y el calentamiento producido por la iluminación del propio planeta. 

 El aumento de la temperatura en un mundo acuoso puede provocar lo que se conoce como un efecto invernadero desbocado. El agua se evapora debido al calor. El vapor de agua es muy bueno para atrapar el calor, lo que genera un círculo de retroalimentación positivo, es decir, este calor atrapado, provoca que la evaporación del agua sea todavía más rápida.  Con el tiempo, el agua presente en todo el mundo puede encontrarse en estado de vapor, que debido a la interacción de la luz solar con este vapor, el oxígeno y el hidrógeno pueden separarse. Este último elemento, como es más ligero, escapa hacia el espacio, lo que impide que se una de nuevo al oxígeno para formar agua, desecando finalmente el mundo.



  Las órbitas de las lunas pueden variar a lo largo de la historia del mundo significativamente. Las fuerzas de marea, son generalmente, las responsables de estas variaciones. Por lo tanto, la ubicación que observemos hoy en día de la luna, podría ser diferente a la que tenía en un origen.

 "Lunas que hoy en día se encuentran fuera del borde habitable, podrían ser estériles debido a que en el pasado se encontraban dentro de dicho área", dijo Heller.


La construcción del modelo

Con estas consideraciones en mente, Heller y Barnes se han dedicado a crear un modelo de una luna potencialmente habitable y su planeta. Las lunas a estudiar han sido elegidas con las mimas características que vemos en los satélites de nuestro propio Sistema Solar.  Con el fin de ser habitables, independientemente de su ubicación, una luna debe tener un tamaño mínimo, al igual que los planetas. Esta masa les permite tener una fuerza de gravedad lo suficientemente grande como para conservar una atmósfera y generar un campo magnético protector, mediante un núcleo de hierro fundido giratorio. 
 Esta masa debe ser por lo menos el diez por ciento de la masa terrestre. En comparación, Ganímedes posee una cuadragésima parte de la masa de la Tierra. Dicho esto, varios estudios han indicado que los planetas gigantes mucho más grandes que Júpiter, debería poseer satélites de tamaños relativamentes grandes.

Lluvia de cometas. Crédito: NASA/JPL/Ted Stryk
Las lunas modelos empleadas por los científicos tenían la misma masa que la Tierra y una cuarta parte la masa de nuestro planeta.

Heller y Barnes colocaron estas lunas a diferentes distancias orbitales en sistemas con estrellas similares al Sol, abarcando distancias de entre el borde interno y externo de la zona de habitabilidad.Este modelo también tuvo en cuenta el calentamiento por fuerzas de marea. Cuanto más excéntrica sea la órbita de una luna alrededor de su planeta, mayor es el calentamiento por mareas. Para esta parte del modelo, los investigadores optaron por cuatro excentridades diferentes para dar una buena gama de resultados.
Una consideración numérica final fue la edad del sistema planeta-luna. Planetas gigantes más jóvenes emiten más calor. Así, fueron tenidas en cuenta tres edades : 100 millones, 500 millones y mil millones de años, con la última representación de un sistema bastante evolucionada .
Ahora, con todos estos parámetros en su lugar, Heller y Barnes analizaron las consecuencias de estos datos junto a la distancia de la luna al planeta anfitrión.

 

 ¿La vida o la muerte ? Los resultados de la investigación son:

Para ambas lunas (similar a la Tierra y una súper Ganímedes con un cuarto de la masa terrestre): una distancia orbital inferior a 10 radios de Júpiter provocaría que la luna fuera estéril, ya que se produciría un efecto invernadero desbocado debido a la propia iluminación del planeta anfitrión.

 Si alejamos las lunas a una distancia de 15 radios de júpiter, el escenario no mejora mucho, ya que según el modelo se sigue produciendo un efecto invernadero, aunque en este caso, se produce en un periodo de tiempo más elevado. Si las lunas se encuentran a una distancia del planeta de 20 radios de Júpiter, la luna de tamaño terrestre está a salvo del efecto invernadero desbocado, pero la luna súper-Ganímaedes sigue sufriendo su desecación superficial total.

" La radiación térmica procedente de un planeta anfitrión súper Júpiter puede tener claramente una influencia importante en la habitabilidad de sus lunas ", dijo Heller. "Dependiendo de la masa del planeta y la historia de su luminosidad ,la luna tendría que estar lo suficientemente alejada del planeta como para poder sobrevivir al efecto invernadero desbocado . "

Este estudio debe ampliarse ya que no ha tenido en cuenta otros efectos como el calor interno de las propias lunas y la presión de estos cuerpos. Además, aunque la luna quede esterilizada por el calor del planeta, si en su evolución se aleja de este cuerpo podría recibir agua por medio de impactos de asteroides y meteoritos, lo que la harían posiblemente habitable.

El mensaje general de este estudio es que no debe ignorarse la posibilidad de que una exoluna sea habitable. Este es un campo nuevo en la astrobiología que avanzará grandes pasos en los próximos años.
Más información en el enlace.

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