Las atmósferas de mundos oceánicos

Hay muchos tipos de exoplanetas. Uno de los tipos más extremos, descubiertos recientemente, son algo que llamamos «mundos oceánicos». Comprender cómo podrían ser y evolucionar nos podría ayudar a entender mejor la formación y evolución de planetas…

Los mundos oceánicos y su agua

Concepto artístico de un mundo oceánico.
Crédito: David A. Aguilar (CfA)

En la búsqueda de planetas potencialmente habitables, hay un par de factores muy importantes. Por un lado, es necesario determinar si el planeta se encuentra dentro de la zona habitable de su estrella. Es decir, que se encuentra en la región necesaria para que exista agua líquida en la superficie del planeta. Sabemos que es uno de los requisitos para la vida tal y como la conocemos. Pero entre todos esos mundos, cada vez conocemos más planetas oceánicos.

Los planetas oceánicos son, básicamente, mundos que tienen al menos un 50% de su masa como agua. El resultado es que en esos planetas podría haber océanos con cientos de kilómetros de profundidad. Ahora, un estudio publicado por un grupo de astrofísicos de varias universidades (Princeton, Michigan y Harvard), plantea que es posible que estos mundos no sean tan idílicos como podríamos imaginarlos. Quizá no puedan retener todo ese agua durante mucho tiempo.

El hallazgo podría tener un impacto enorme en la búsqueda de planetas habitables. El equipo ha llevado a cabo diferentes simulaciones por ordenador para conocer mejor cuáles podrían ser las condiciones a las que se enfrentan los mundos oceánicos. El motivo del estudio es, principalmente, la gran cantidad de planetas que se han descubierto en tiempos recientes alrededor de enanas rojas. Muchos de ellos, con un tamaño similar al de la Tierra, por lo que seguramente serían terrestres.

La aparición de los mundos oceánicos

Concepto artístico del planeta, Próxima b, orbitando alrededor de su estrella, con Alfa Centauri A y B al fondo.
Crédito:
ESO/M. Kornmesser

Muchos de estos planetas, como Próxima b, y tres de los planetas del sistema de TRAPPIST-1, están en la zona habitable de sus estrellas. En estudios posteriores, ha surgido la posibilidad de que Próxima b, y otros planetas rocosos alrededor de enanas rojas, puedan ser, en realidad, mundos oceánicos. Es una suposición apoyada en las estimaciones de masa, en que serían rocosos, así como en el hecho de que no tendrían grandes atmósferas.

Al mismo tiempo, muchos estudios han arrojado dudas sobre si estos planetas podrían retener su agua. Todo tiene que ver con el tipo de estrella y los parámetros orbitales de los planetas. Las enanas rojas, muy longevas, son conocidas por ser estrellas variables, e inestables, en comparación al Sol. Esto provoca que se emitan llamaradas periódicamente, capaces de arrancar la atmósfera de un planeta con el paso del tiempo.

Además, los planetas que están en la zona habitable de una enana roja, probablemente estén en rotación síncrona. Es decir, la misma cara del planeta apunta constantemente a la estrella. Recibe toda la radiación de forma constante. Por este motivo, los científicos han intentado determinar si los exoplanetas, alrededor de diferentes tipos de estrellas, podrían retener sus atmósferas. A fin de cuentas, es un factor muy importante.

El papel de la atmósfera

Este concepto artístico muestra la posible superficie de TRAPPIST-1f.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

La presencia de una atmósfera, hasta donde sabemos, parece esencial. Está considerado uno de los requisitos de la habitabilidad de un planeta. Pero ese concepto, el de habitabilidad, es muy complejo. Hay muchos factores a tener en cuenta. Es decir, la presencia de una atmósfera no tiene, por sí sola, que garantizar que el planeta sea habitable. Pero no por ello deja de ser un ingrediente muy importante.

De ahí la necesidad de saber si estos mundos oceánicos podrían mantener su atmósfera. El equipo Para averiguarlo, los investigadores han llevado a cabo diferentes simulaciones en diferentes escenarios. Entre ellos, se encontraban los efectos de los campos magnéticos estelares, las eyecciones de masa coronal, la ionización de la atmósfera, y las eyecciones de diferentes tipos de estrellas incluyendo las de tipo G, como el Sol, y las de tipo M, como Próxima Centauri.

Con todos estos efectos, los investigadores han creado un modelo completo que simula cuánto durarían las atmósferas de los exoplanetas. En él, se simula tanto la ionosfera como la magnetosfera como un conjunto. La existencia de un campo magnetico dipolar (es decir, como el de la Tierra, por ejemplo), impide que el viento estelar pueda arrastrar la atmósfera directamente. En su lugar, se produce por otro fenómeno… el viento polar.

El escape de las partículas

Concepto artístico de la superficie de uno de los planetas alrededor de TRAPPIST-1.
Crédito: ESO/M. Kornmesser

Los electrones son menos masivos que los iones de los que proceden. Es fácil acelerarlos hasta alcanzar la velocidad de escape del planeta. Esta separación de la carga, entre los electrones de poca masa, y los iones cargados positivamente (mucho más pesados), provoca que se cree un campo eléctrico polarizado. Ese campo eléctrico, a su vez, provoca que los iones cargados positivamente sean arrastrados y escapen junto a los electrones. Abandonan la atmósfera por las zonas polares del exoplaneta.

Los investigadores descubrieron que sus simulaciones encajan con lo que se puede ver en el sistema Tierra-Sol en la actualidad. Sin embargo, en casos extremos, como el de planetas alrededor de enanas rojas, la situación es muy diferente. Allí, el ritmo de escape podría ser hasta mil veces superior. Esto quiere decir que incluso un mundo oceánico, alrededor de una estrella de este tipo, podría perder su atmósfera en tan solo mil millones de años.

La vida en la Tierra tal y como la conocemos (hoy en día) tardó 4.500 millones de años en evolucionar. Mil millones de años no es mucho tiempo. Así que los resultados de este estudio indicarían que los planetas alrededor de enanas rojas podrían tener serias dificultades para desarrollar vida. Por contra, un planeta oceánico, alrededor de una estrella como el Sol, retendría su atmósfera durante mucho más tiempo.

El papel de la estrella

Concepto artístico de la superficie de Próxima b. En el horizonte se puede ver a Próxima Centauri y, en la lejanía, al sistema binario que forman Alfa Centauri A y B.
Crédito:
ESO/M. Kornmesser

En este caso, los planetas tardarían muchísimo tiempo en perder sus atmósferas, de modo que la vida podría aparecer y evolucionar. En torno a una enana roja, sin embargo, sus océanos podrían desaparecer en solo mil millones de años por la intensa radiación que sufren, por la cercanía de sus zonas habitables. Si la atmósfera desaparece en tan solo mil millones de años, la aparición de la vida podría no llegar a suceder.

Estos resultados se unen al de otros estudios recientes. El conjunto nos trae más dudas sobre la habitabilidad de los sistemas estelares en torno a enanas rojas. Su extrema longevidad (algunas estrellas podrían llegar a vivir 10 billones de años), las convierten en grandes candidatas para tener planetas habitables. Sin embargo, el no ser demasiado estables, y la capacidad de arrancar las atmósferas de sus planetas, es un factor en contra.

Así que este tipo de estudios son muy importantes. Nos ayudan a tener una imagen más completa de durante cuánto tiempo podría ser habitable un planeta alrededor de una enana roja. Con los telescopios que estarán disponibles en un futuro cercano, como el telescopio espacial James Webb, podremos determinar si estos planteas tienen atmósferas. Si es así, podremos determinar su composición. Sin embargo, determinar a qué ritmo se está perdiendo la atmósfera (si la tuviese) es mucho más difícil de calcular.

La evolución del Sistema Solar

Este concepto artístico muestra el sistema de TRAPPIST-1 visto desde la superficie de uno de sus planetas.
Crédito: NASA/ESA/HST

El estudio también es muy útil para refinar nuestra comprensión del Sistema Solar, y su evolución. En alguna ocasión, se ha planteado que tanto la Tierra como Venus pudieron ser, en el pasado, mundos oceánicos. Cómo hicieron esa transición, de mundos muy oceánicos a lo que son hoy, es una pregunta muy interesante. Es decir, cómo se secó por completo y se volvió un lugar infernal, en el caso de Venus. En el de la Tierra, como aparecieron varios continentes.

En el futuro, habrá observaciones más detalladas. Nos permitirán discernir mejor si estas teorías pueden estar en lo cierto o no. El telescopio espacial James Webb (que todo parece indicar que será lanzado en 2019, en lugar de 2018 como estaba originalmente previsto) podrá utilizar su potente capacidad de observación en el espectro infrarrojo para estudiar planetas alrededor de enanas rojas cercanas.

Próxima b será un mundo que estudiaremos intensamente. Lo que aprendamos de él, y de otros exoplanetas distantes alrededor de enanas rojas, nos ayudará a entender, también, cómo evolucionó nuestro propio Sistema Solar. En cuanto a las enanas rojas, todo parece indicar que toca seguir esperando. Aunque con cuentagotas, siguen saliendo estudios en ambos sentidos. Es posible que sus planetas sean habitables o no. Si bien es cierto que últimamente parecen acumularse los estudios en contra…

El estudio es C. Dong, Z. Huang, M. Lingam, et al; «The dehydration of water worlds via atmospheric losses». Publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters. Puede ser consultado en arXiv, en este enlace.

Referencias: Universe Today