Un nuevo modelo para buscar vida en otros planetas

Buscar vida en otros planetas es una de las tareas más complicadas (y apasionantes) de la astronomía moderna. Un nuevo modelo nos ofrece una manera muy prometedora de identificar, mejor, mundos que podrían tener condiciones parecidas a las de la Tierra…

Vida en otros planetas: en busca de mundos como la Tierra

Concepto artístico que muestra una estrella iluminando la atmósfera de un exoplaneta.
Crédito: NASA Goddard Space Flight Center

En la actualidad, el principal método utilizado por los científicos es el de buscar lo que ya sabemos. Sólo conocemos un conjunto de condiciones que permita la aparición de vida en su superficie. Es, evidentemente, lo que podemos observar aquí en la Tierra. Desde esa perspectiva, tiene sentido centrar nuestra atención en aquellos mundos que tengan condiciones parecidas. A saber: qué estén en la zona habitable de su estrella, que tengan una atmósfera estable y que tengan agua líquida en su superficie.

El principal inconveniente está en la metodología. Hasta ahora, los métodos utilizados hacen difícil detectar vapor de agua en la atmósfera de planetas terrestres. Es posible que eso vaya a cambiar en un futuro cercano, gracias a un nuevo estudio, liderado por Yuka Fujii, de la NASA. En él, se utiliza un modelo tridimensional que incluye los patrones de circulación global. Además, nos brinda una conclusión esperanzadora: los exoplanetas habitables podrían ser más comunes de lo creído.

Pero vayamos paso a paso. Sabemos que la vida depende del agua en estado líquido. Así que es un factor esencial para buscar vida en otros planetas. Necesitamos varias condiciones más. Por un lado, que la atmósfera sea suficientemente cálida para mantener agua líquida en su superficie. Por otro, que suceda durante un tiempo suficiente (miles de millones de años). Si no es así, es poco probable que la vida pueda aparecer y evolucionar.

La importancia de la zona habitable

Concepto artístico de WASP-121b, un júpiter caliente en el que se han encontrado evidencias de una estratosfera.
Crédito: Bristol Science Centre/University of Exeter

Si el planeta está demasiado lejos de su estrella, el agua en su superficie se congelará. Si está demasiado cerca, se evaporará y desaparecerá en el espacio. A grandes rasgos, esta es la definición más básica de la zona habitable. Ya hemos encontrado agua en la atmósfera de exoplanetas. Sin embargo, siempre ha sido en gigantes gaseosos que orbitan muy cerca de sus astros. Es decir, los llamados júpiteres calientes.

Detectar la presencia de agua en planetas terrestres es un desafío mucho mayor que en un júpiter caliente. En un planeta terrestre habitable nos encontramos con dos grandes escollos: un tamaño mucho más reducido, en comparación, y una escala de temperaturas mucho más baja, por lo que es más complicado detectar si podría tener agua en su atmósfera. Estos son, principalmente, los motivos por los que todavía no ha habido detecciones.

Hasta ahora, los estudios de exoplanetas rocosos dependían de modelos unidimensionales para determinar si podría haber agua. Todo de se reducía a medir la pérdida de hidrógeno. Es decir, el vapor de agua, en la estratosfera, se rompe en hidrógeno y oxígeno (por la exposición a la radiación ultravioleta). Midiendo el ritmo de pérdida de hidrógeno al espacio, es posible determinar si todavía queda agua líquida en la superficie.

Un modelo lleno de supuestos

Concepto artístico de GJ 1132b. El exoplaneta se encuentra a 39 años-luz de la Tierra.
Crédito: cfa.harvard.edu

Sin embargo, esos modelos dependen de varias suposiciones que no se pueden comprobar. Es el caso del transporte global de calor y vapor de agua. Lo mismo sucede con los efectos de las nubes en el planeta. Los modelos usados, a día de hoy, predicen que, para que el vapor de agua llegue a la estratosfera, las temperaturas a largo plazo en la superficie de esos exoplanetas debería ser unos 66ºC superior a la que tenemos en la Tierra.

Con esa temperatura, es posible que se creen tormentas convectivas muy potentes. Pero no podrían ser el motivo por el que el agua llega a la estratosfera. Al menos no en el caso de planetas con rotación lenta que, además, tengan un efecto invernadero húmedo, en el que el vapor de agua aumenta el calor. Además, los planetas que orbitan muy cerca de sus estrellas tienen una particularidad que no podemos ignorar.

Es posible que tengan una rotación muy lenta o que, directamente, estén en rotación síncrona (con el mismo hemisferio apuntando siempre a la estrella). Por lo que la presencia de tormentas convectivas sería poco probable. Esto sucede muy a menudo con los exoplanetas terrestres alrededor de enanas rojas de poca masa. En estos casos, su proximidad a la estrella supone que su rotación sea muy lenta o, directamente, inexistente.

Nubes y radiación infrarroja

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

Si es así, se forman nubes densas en el lado diurno del planeta, protegiéndolo de gran parte de la luz de la estrella. Según los investigadores, aunque esto provocaría que el hemisferio estuviese templado y evitaría que el vapor de agua se alzase en la atmósfera, la cantidad de radiación cercana al infrarrojo podría proporcionar, en su lugar, suficiente calor para provocar que el planeta entre en un efecto invernadero húmedo.

Algo que, al parecer, sería especialmente aplicable a enanas rojas, que producen mucha más radiación de este tipo. Esa radiación calentaría las nubes y provocaría que el vapor de agua suba a la estratosfera. Así que los científicos se apoyaron en un modelo tridimensional de circulación general. En él, se incorporan la circulación atmosférica y la heterogeneidad climática. Para ponerlo a prueba, empezaron con un mundo similar a la Tierra…

Con una excepción, supusieron que estaría completamente cubierto por océanos. De esta manera, podían ver claramente cómo cambian las condiciones en la superficie en función de la distancia a diferentes tipos de estrellas. Observaron cómo cambiar la distancia a la estrella, y el tipo de radiación que emiten, afecta al vapor de agua presente en la estratosfera. Es un modelo mucho más complejo que ofrece mucha más información.

Buscando vida en otros planetas con un modelo más complejo

El sistema de TRAPPIST-1 visto desde el planeta TRAPPIST-1f (en la derecha).
Crédito: NASA/JPL-Caltech

El modelo simula las condiciones atmosféricas de una manera más realista. Gracias a él, buscar vida en otros planetas promete ser todavía más interesante. Los investigadores han descubierto un proceso que controla la habitabilidad de los exoplanetas. Será una gran ayuda para identificar aquellos que merezcan una mayor atención en su estudio. El tipo de radiación de la estrella tiene un papel importante en el efecto de la circulación atmosférica de un exoplaneta y la posibilidad de que entre en efecto invernadero húmedo.

Lo más interesante, probablemente, es que este nuevo modelo nos deja una lectura muy curiosa sobre las enanas rojas. Como estas estrellas emiten la mayor parte de su luz en la longitud de onda cercana al infrarrojo, se producirá un efecto invernadero húmedo en los planetas que orbiten cerca. El resultado es condiciones en la superficie que son muy comparables a lo que podemos observar en los trópicos de la Tierra. Calor y humedad, en lugar de calor y aridez.

Además, el modelo indica que los procesos guiados por esta radiación aumentan la humedad de la estratosfera gradualmente. Así que los exoplanetas que orbiten muy cerca de sus estrellas podrían ser habitables. Este nuevo modelo para medir la habitabilidad permitirá a los astrónomos simular la circulación de atmósferas planetarias, y las características de esa circulación. Algo imposible con un modelo unidimensional.

En busca de otros factores

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

En el futuro, este mismo equipo de investigadores quiere analizar cómo cambiar las características planetarias (gravedad, tamaño, composición de la atmósfera y presión en superficie) afectarían a la circulación del vapor de agua, y a la habitabilidad. Esto, junto a su modelo tridimensional, permitirá determinar la posible habitabilidad de mundos remotos con mayor precisión. Podría ser un gran paso para encontrar vida en otros planetas.

De hecho, los científicos sólo necesitan saber la temperatura de la estrella anfitriona. Algo que hoy en día es fácil de obtener. A partir de ahí, pueden estimar si los planetas cercanos podrían tener un efecto invernadero húmedo. Eso sí, será necesario llevar la tecnología actual al límite para detectar pequeñas cantidades de vapor de agua en la atmósfera del exoplaneta. Pero, si se detecta la suficiente cantidad, probablemente se podrá tomar como confirmación de que está en ese estado de efecto invernadero.

Más allá de las nuevas posibilidades que ofrece a los astrónomos, el estudio también es una brisa de aire fresco. Trae buenas noticias a todos los que esperamos (me incluyo) encontrar planetas habitables alrededor de enanas rojas. No hay que olvidar que son las estrellas más comunes del universo. El 75% de todas las estrellas de la Vía Láctea podrían ser así. Saber que podrían tener vida aumentaría enormemente la posibilidad de encontrarla.

Una noticia muy positiva

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

La búsqueda de vida en otros planetas, en gran parte de 2017, se ha encontrado con varios estudios poco prometedores. En ellos, se planteaban serias dudas sobre la posibilidad de que las enanas rojas puedan ofrecer condiciones habitables. En ellos hemos leído de todo, como que las enanas rojas podrían ser demasiado violentas. Sus llamaradas podrían provocar que los planetas perdiesen sus atmósferas.

Esto también se aplica a TRAPPIST-1 y sus siete planetas terrestres, de los que tres estarían en la zona habitable. Así como Próxima b, el mundo más cercano al Sistema Solar. La gran cantidad de planetas terrestres que hemos encontrado alrededor de estas estrellas, junto a la longevidad natural de las enanas rojas, ha llevado a muchos científicos a plantear que, probablemente, son el tipo de estrella ideal para encontrar exoplanetas habitables.

Es un dilema del que he hablado en varias ocasiones en Astrobitácora, pero no hay que perder la perspectiva. Este estudio es prometedor porque ofrece un modelo más complejo y elaborado. Además, sus primeras conclusiones parecen ser que los exoplanetas en enanas rojas podrían tener condiciones similares a las de los trópicos de la Tierra. Todo esto pinta muy bien, a priori, pero quedan muchas incógnitas por despejar.

La búsqueda de vida en otros planetas será un proceso largo

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

Incluso si detectamos un exoplaneta terrestre, en torno a una enana roja, que tenga las condiciones necesarias, no será señal inequívoca de que haya vida. Todavía no estamos completamente seguros de qué fue lo que hizo que apareciese la vida en la Tierra. Es posible que un planeta, que sea habitable, pueda tardar miles de millones de años en desarrollar sus primeras formas de vida. Sí, en la Tierra sucedió poco después de que fuese habitable. Pero, ¿cómo saber que no es una excepción?

Es algo que solo podremos conocer cuando encontremos vida en otros planetas… si es que la hay. De ahí que las enanas rojas sean un factor tan importante en esta pregunta. Las enanas amarillas, como el Sol, son mucho menos abundantes, y tienen períodos de vida que, en comparación, palidecen con las enanas rojas. Mucho más tiempo quiere decir, necesariamente, muchas más oportunidades para que aparezca la vida.

Este último estudio indica que todos esos mundos (y los que encontraremos, porque es más sencillo encontrar un planeta terrestre en torno a una enana roja, que una enana amarilla, por la distancia y la diferencia de tamaño) podrían ser habitables. Es un soplo de «esperanza» y aire fresco en la búsqueda de vida en otros planetas. Esperanza, entre comillas, porque el cosmos no está obligado a satisfacer nuestros deseos. Pero como decía aquel, qué desperdicio de espacio si el nuestro fuera el único planeta habitado…

El estudio es Yuka Fujii, Anthony D. Del Genio, David S. Amundsen; «NIR-driven Moist Upper Atmospheres of Synchronously Rotating Temperate Terrestrial Exoplanets». Publicado en la revista The Astrophysical Journal. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Universe Today