Las estrellas pobres en metales podrían ofrecer mejores condiciones para la aparición de vida compleja. Así lo explica un grupo de investigadores, detallando que la metalicidad de una estrella está conectada con la capacidad de sus planetas de poder mantener una capa protectora de ozono…
Las estrellas pobres en metales tienen sus ventajas
La metalicidad es un concepto que define la proporción de elementos, más allá del helio y el hidrógeno, que contiene una estrella. Cuanto mayor sea, más rica será en metales. Un aspecto clave es la intensidad de la luz ultravioleta que emite la estrella, en diferentes longitudes de onda. El estudio proporciona a los científicos, que están dedicados a la búsqueda de sistemas estelares habitables con la ayuda de telescopios, con pistas importantes sobre dónde podrían obtener resultados más prometedores. También plantea un panorama sorprendente.
A medida que el universo envejezca, y la metalicidad de las estrellas aumente al incorporar más metales de otras supernovas, será cada vez más hostil para la aparición de la vida compleja en nuevos planetas. En la búsqueda de planetas habitables, o incluso habitados, en torno a otras estrellas, los astrónomos se han centrado en las atmósferas de esos mundos. ¿Hay datos que hagan pensar en que tienen una? ¿Contiene gases como el oxígeno o el metano, que en la Tierra son, casi exclusivamente, productos de las formas de vida que lo habitan?
En los próximos años, este tipo de observaciones alcanzarán nuevos límites. El telescopio espacial James Webb hará posible estudiar las atmósferas de gigantes gaseosos, mayores que Neptuno, y también analizará por primera vez las señales, mucho más tenues, de las atmósferas de planetas rocosos. Con la ayuda de diferentes simulaciones numéricas, el estudio centra su atención casi exclusivamente en la cantidad de ozono que contienen las atmósferas de los exoplanetas. Sabemos, por su papel en la Tierra, que su función es muy importante.
La importancia del ozono
El ozono, que está compuesto por tres átomos de oxígeno, puede proteger la superficie de un planeta, y la vida que albergue, de la radiación ultravioleta dañina para las células. Por tanto, una capa de ozono es un requisito previo importante para la aparición de vida compleja. Los autores del estudio querían entender qué propiedades debe tener una estrella para que sus planetas puedan formar esa capa. En realidad, la idea de esta investigación se debe a un trabajo anterior. Hace tres años, un grupo de investigadores fijó su atención en el Sol.
Compararon las variaciones de brillo del Sol con las de cientos de estrellas similares. Determinaron que la intensidad de la luz visible, de muchas de esas estrellas, varía con mucha más intensidad que la del Sol. Por lo que es posible, explican, que el Sol sea capaz de tener esos picos de intensidad. En ese caso, la intensidad de la luz ultravioleta también aumentaría marcadamente en nuestro planeta. Así que la pregunta es natural. ¿Qué supondría para la vida en la Tierra? ¿Cuál es la situación en otros sistemas estelares?
En la superficie de, aproximadamente la mitad de estrellas que tienen exoplanetas a su alrededor, la temperatura va de los 5000 a los 6000 grados Celsius. En sus cálculos, los investigadores centraron su atención en este grupo. El Sol tiene una temperatura en superficie de unos 5500 grados Celsius. Es decir, forma parte del mismo grupo. En la química atmosférica de la Tierra, la radiación ultravioleta tiene un papel doble. En reacciones con átomos y moléculas de oxígeno, el ozono puede tanto se creado como ser destruido. Depende del tipo de radiación.
El papel de la radiación ultravioleta en las atmósferas
En el caso de la radiación UV-B (de onda larga) destruye el ozono. La radiación UV-C (de onda corta) ayuda a crear ozono en la atmósfera media. Por lo que es razonable suponer, explican los autores, que la luz ultravioleta puede tener una influencia similarmente compleja en las atmósferas de los exoplanetas. Dada la importancia de la longitud de onda, los investigadores calcularon, exactamente, que longitudes de onda componen la luz ultravioleta emitida por las estrellas. Por primera vez, tuvieron en cuenta la influencia de la metalicidad.
Esta propiedad describe la proporción de hidrógeno frente a elementos más pesados (cabe recordar que, en astronomía, los metales son todo aquello más allá del hidrógeno y el helio) en la estrella. En el caso del Sol, hay más de 31 000 átomos de hidrógeno por cada átomo de hierro. El estudio también se ha fijado en estrellas con mayor y menor cantidad de hierro. Posteriormente, el equipo investigó cómo afectaría la radiación ultravioleta calculada a las atmósferas de los planetas que estuviesen en la zona habitable de esas estrellas.
Para esos mundos, simularon los procesos que la luz ultravioleta de cada estrella desencadenaría en su atmósfera. Para determinar la composición de las atmósferas planetarias, utilizaron un modelo climático y químico que simula los procesos que controlan el oxígeno, el ozono y muchos otros gases, así como sus interacciones con la luz ultravioleta de las estrellas. El modelo permitía analizar un amplio conjunto de condiciones en los exoplanetas y compararlos con la historia de la atmósfera de la Tierra en los últimos quinientos millones de años.
Las estrellas pobres en metales son más atractivas en ese sentido
Durante este período, es cuando se establecieron el alto contenido de oxígeno y la capa de ozono, permitiendo la evolución de la vida en el planeta. Es posible que la historia de nuestro planeta y su atmósfera, explican los autores, contenga pistas sobre la evolución de la vida que puedan utilizarse en otros exoplanetas. Los resultados de las simulaciones han sido sorprendentes. En general, las estrellas pobres en metales emiten más radiación ultravioleta que las ricas en metales. La proporción de radiación UV-C (que genera ozono) y UV-B (que lo destruye) depende de la metalicidad.
En estrellas pobres en metales, domina la radiación UV-C, permitiendo que se forme una capa densa de ozono. Con estrellas ricas en metales, donde domina la radiación UV-B, los planetas tendrán menos ozono. Así que, frente a lo esperado, las estrellas pobres en metales proporcionan un entorno más favorable para que aparezca la vida. Este hallazgo podría ser útil para próximas misiones espaciales, como PLATO, de la Agencia Espacial Europea, que analizará una enorme cantidad de estrellas en busca de señales de exoplanetas habitables.
La sonda, con 26 telescopios a bordo, se lanzará en 2026 y centrará su atención principalmente en planetas similares a la Tierra, en la zona habitable de estrellas similares al Sol. Sea como fuere, el estudio lleva a una conclusión paradójica. A medida que envejezca el cosmos, será más hostil para la vida. Las estrellas que llegan al final de su vida terminan expulsando sus elementos o bien por medio de su viento estelar, o bien al terminar como supernovas. Ese material se incorpora en la próxima generación de estrellas, incorporando más metales.
Un entorno más hostil pero no inhabitable
Es decir, cada nueva generación de estrellas es más rica en metales que la anterior, porque dispone de más metales que poder incorporar en su composición. Según el estudio, la probabilidad de que los nuevos sistemas estelares produzcan vida desciende a medida que el universo envejece. Sin embargo, esto no quiere decir que la posibilidad de encontrar vida sea mínima. A fin de cuentas, muchas estrellas, con exoplanetas a su alrededor, tienen una edad similar a la del Sol. Nuestra estrella tiene vida compleja en uno de sus planetas.
Así que no hay motivo alguno para pensar que, en torno a otras estrellas similares, pueda haber también algún planeta (o varios) que sean capaces de albergar vida. Resulta muy interesante, en cualquier caso, descubrir que no todas las estrellas similares al Sol pueden ser aptas para que los planetas puedan tener vida si están en la zona habitable. No bastaría con eso, también habría que fijarse en el tipo de radiación ultravioleta que emiten. Así que, parece lógico plantear, todas las estrellas del cosmos presentan algún inconveniente para la vida.
Las enanas rojas, por ejemplo, tienen su zona habitable demasiado cerca, por lo que los planetas en su entorno están en rotación síncrona. De manera que es posible que tengan un hemisferio demasiado cálido y otro demasiado frío. También es posible que, por su cercanía, sean incapaces de retener una atmósfera. En definitiva, todavía quedan muchas cuestiones por resolver sobre la posibilidad de encontrar vida en otros lugares de la Vía Láctea. Este tipo de estudios ayudan a obtener respuestas y ayudan a aclarar un poco más el panorama…
Estudio
El estudio es A. Shapiro, C. Brühl, K. Klingmüller et al.; «Metal-rich stars are less suitable for the evolution of life on their planets». Publicado en la revista Nature Communications el 18 de abril de 2023. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
