Buscando climas amigables con vida en otros mundos.
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| Representación artística de una enana roja o estrella M, con tres exoplanetas orbitando. Alrededor del 75 por ciento de todas las estrellas en el cielo son las enanas rojas, más frías y pequeñas. Créditos: NASA / JPL-Caltech. |
Los científicos pueden haber encontrado una manera de saber si los mundos extraños tienen un clima adecuado para la vida al analizar la luz de estos mundos en busca de firmas especiales que sean características de un entorno amigable para la vida. Esta técnica podría revelar el borde interior de la zona habitable de una estrella, la región alrededor de una estrella donde podría existir agua líquida en la superficie de un planeta rocoso.
“Los planetas habitables, por definición, tienen agua en sus superficies”, dijo Eric Wolf de la Universidad de Colorado, Boulder. “Sin embargo, el agua puede venir en forma de océano, hielo, nieve, vapor o nube. Cada una de estas formas de agua tiene efectos muy diferentes sobre el clima. Sin embargo, cada forma también tiene efectos específicos que podemos detectar en estos planetas, y se usa para determinar si un planeta puede tener un estado climático habitable o no. "Wolf es el autor principal de un artículo sobre esta investigación publicado el 22 de mayo en The Astrophysical Journal, enlace publicación.
La ubicación determina el valor de los bienes raíces en la Tierra y en el cosmos también. Si un planeta o cuerpo planetario está demasiado cerca de su estrella anfitriona, la intensa luz y el calor de la estrella hacen que los océanos del planeta se evaporen y eventualmente se pierdan en el espacio. Este estado climático, llamado "invernadero desbocado", se puede ver en nuestro sistema solar en Venus, el próximo planeta más cercano al Sol que a la Tierra. Venus es casi del mismo tamaño que la Tierra y puede haber tenido océanos, pero desaparecieron hace mucho tiempo. ya que la proximidad del planeta al Sol causó un estado de invernadero fuera de control. Ahora la superficie reseca de Venus se agita bajo una atmósfera aproximadamente 100 veces mayor que la presión de la Tierra, con temperaturas lo suficientemente altas como para derretir el plomo. Por el contrario, si un planeta u otro cuerpo planetario también lo es lejos de su estrella anfitriona, los océanos se congelan, como se puede ver en las lunas heladas del sistema solar exterior, como Europa y Encelado.
La zona habitable de la estrella.
El agua líquida en un planeta es muy importante porque es necesaria para la vida tal como la conocemos. Donde hay agua líquida, puede haber vida. El rango en el que la distancia es correcta para un clima que permite que el agua líquida persista en la superficie de un planeta se denomina "zona habitable" de la estrella.
Dado que no tenemos la capacidad de viajar a planetas alrededor de otras estrellas (exoplanetas) debido a sus enormes distancias, estamos limitados a analizar la luz de los exoplanetas para buscar una señal de que el clima podría ser habitable. Al separar esta luz en sus colores o espectro de componentes, los científicos pueden identificar los constituyentes de la atmósfera de un exoplaneta, ya que diferentes compuestos emiten y absorben distintas longitudes de onda (es decir, colores) de la luz. El espectro de un exoplaneta se parece a una línea ondulada con picos donde los colores son brillantes y valles donde los colores son tenues. Los investigadores simularon un espectro infrarrojo emitido por un exoplaneta, que es la energía calorífica emitida por un exoplaneta, ya sea debido a su calor interno y / o al exoplaneta calentado por la estrella y luego re-irradiado. La luz infrarroja es invisible para el ojo humano pero detectable con cámaras e instrumentos especiales en los telescopios.
En el nuevo trabajo, los investigadores encontraron que la apariencia del espectro cambia de manera distintiva para cada estado climático. "Los diferentes estados climáticos: frío, cálido e 'invernadero desbocado' que es muy cálido - tienen una cantidad diferente de vapor de agua en la atmósfera", dijo Ravi Kopparapu, coautor del artículo en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Diferentes cantidades de vapor de agua causan cambios en la radiación emitida por el exoplaneta, lo que cambia los" espectros ", es decir, cuánta energía se emite de cada color y, por lo tanto, qué tan brillante aparece cada color".
En las simulaciones, los exoplanetas mucho más fríos que la Tierra aún pueden ser habitables porque tienen pequeñas cantidades de agua líquida cuando estos planetas orbitan cerca de la estrella. Un caso ideal de exoplaneta habitable es “templado” con temperaturas aproximadamente iguales a las de nuestra Tierra, y tiene cantidades elevadas de vapor de agua en la atmósfera en comparación con un exoplaneta frío. El estado de invernadero fuera de control tiene aún más vapor de agua atmosférico. Los hallazgos plantean la posibilidad de que los climas cálidos y húmedos, como un estado de invernadero fuera de control, puedan ser identificables en la apariencia del espectro de exoplanetas, y al observar cómo el espectro cambia a medida que el exoplaneta orbita su estrella anfitriona. Según Kopparapu, si es correcto, esto proporciona una manera de encontrar el borde interno de la zona habitable con observaciones, que hasta ahora solo se ha simulado con modelos climáticos. El equipo está proponiendo un método para probar esto con observaciones.
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| Una ilustración de las diferentes misiones y observatorios en el programa de exoplanetas de la NASA, tanto en el presente como el futuro. Créditos: NASA |
Escogiendo estrellas.
La idea de utilizar el espectro de emisión y reflexión de un exoplaneta para evaluar la habitabilidad se ha propuesto anteriormente. En el nuevo trabajo, el equipo simuló los espectros de exoplanetas alrededor de una variedad de estrellas más pequeñas y más débiles que nuestro Sol, llamadas estrellas M y K. Encontraron características específicas que podrían diferenciar un estado de invernadero fuera de control de los estados habitables, y por lo tanto, podrían usarse para ubicar el borde interior de la zona habitable. El equipo usó un modelo climático en 3-D del Centro Nacional para la Investigación Atmosférica, llamado Modelo de Atmósfera Comunitaria, y lo modificó para adaptarse a los exoplanetas habitables, denominándolo "ExoCAM".
Aunque las estrellas M y K son más débiles que las estrellas como nuestro Sol, son mucho más comunes. Dado que buscar vida en otra parte del universo es en parte un juego de azar, los investigadores están interesados en los exoplanetas que orbitan estas abundantes estrellas, y estas firmas pueden ayudar a determinar qué mundos merecen una mirada más cercana. Simularon exoplanetas con presiones atmosféricas similares a la Tierra, con una cantidad de océanos similar a la Tierra y solo vapor de agua y nitrógeno como gases. Están en el proceso de ampliar el estudio para cambiar estos parámetros, para ver qué tan sólidas y únicas son sus predicciones de que se puede identificar el borde interior de la zona habitable con cambios en el espectro infrarrojo de un exoplaneta.
Debido a que estos espectros son débiles, un exoplaneta tendrá que estar relativamente cerca para que se evalúe su habitabilidad. "Con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, es posible determinar la habitabilidad de un exoplaneta alrededor de una estrella M muy pequeña y brillante que está muy cerca de nosotros, tal vez menos de 50 años luz", dijo Kopparapu. Un año luz, la distancia que viaja la luz en un año, es de casi 6 billones de millas. A modo de comparación, las estrellas más cercanas más allá de nuestro Sol se encuentran en el sistema Alpha Centauri a un poco más de cuatro años luz de distancia, y nuestra galaxia tiene unos 100.000 años luz de diámetro.
La investigación fue financiada por Selld Exoplanet Environment Collaboration (SEEC) de Goddard, el Laboratorio Planetario Virtual del Programa de Astrobiología de la NASA, y se benefició de la participación en la red de coordinación de investigación Nexus for Exoplanet Systems Science de la NASA. La NASA está explorando nuestro Sistema Solar y más allá, descubriendo mundos, estrellas y misterios cósmicos cerca y lejos con nuestra poderosa flota de misiones espaciales y terrestres.
Bill Steigerwald / Nancy Jones
301-286-8955 / 301-286-0039
Publicado en Exoplanet Exploration NASA el 23 de mayo del 2.018, enlace noticia.
