NeoFronteras

Desarrollan un nuevo modelo para estudiar la habitabilidad de los exoplanetas.

Representación de un exoplaneta con la distribución de hielo (blanco) de un planeta oceánico (el agua en azul) que presenta siempre la misma cara a su estrella. Fuente: Anthony Del Genio/GISS/NASA.

Seguro que lo que sabemos sobre el Universo y el mundo natural es muy interesante, pero también es apasionante lo que no sabemos.

No sabemos lo que es la materia oscura, no sabemos lo que es la energía oscura, no sabemos por qué la gravedad es tan débil, no sabemos lo que es el espacio, no sabemos lo que es el tiempo, lo qué pasó en los primeros instantes del Big Bang, cómo de grande es el Universo, si estamos solos en él o, tan siquiera, cómo son los miles de exoplanetas que hemos descubierto recientemente.

La realidad es que, pese a lo imaginativos que puedan ser los artistas que pintan esos planetas, no sabemos de seguro cómo son. Por no tener no tenemos ni la imagen de un punto de ellos. Al menos, todavía no.

Para saber un poco más de esos mundos nos tenemos que basar en la física conocida y crear modelos que predigan cómo pueden ser y cuales de ellos pueden tener condiciones para la vida. Esto es precisamente lo que está haciendo un grupo de investigación de la NASA.

“Usando un modelo que simule más realísticamente las condiciones atmosféricas descubrimos un nuevo proceso que controla la habitabilidad de los exoplanetas que puede guiarnos a identificar candidatos para otros estudios”, dice Yuka Fujii (Goddard Institute for Space Studies).

Los modelos previos que simulaban las condiciones atmosféricas lo hacían en una dimensión: la vertical. El nuevo modelo calcula esas condiciones en las tres dimensiones. Esto permite simular la circulación atmosférica y las características de esa circulación, cosa que los modelos antiguos no podían.

La idea del proyecto es que el futuro, cuando se disponga de la tecnología necesaria, los astrónomos puedan administrar el escaso tiempo de telescopio seleccionado los planetas a observar más prometedores.

Una de las condiciones necesarias (pero no suficiente) para que haya vida tal y como la conocemos es que exista el agua líquida. Esta permitiría la aparición y evolución de vida en uno de esos mundos. De ahí viene la idea de la región habitable alrededor de la estrella. Si el planeta está demasiado lejos el agua congela, si está demasiado cerca se evapora. Aunque que haya agua líquida no depende solamente de la distancia a la estrella, sino que además depende del propio planeta.

Un planeta demasiado caliente puede estar en el proceso de perder el agua que contiene por evaporación y posterior fotodisociación ultravioleta en hidrógeno y oxígeno que se pierden en el espacio. Los planetas que están en este régimen se dice que han entrado en un efecto invernadero húmedo debido a la humedad de sus estratosferas.

Los modelos previos predecían que para que el agua terminara en la estratosfera la Tierra tendría que alcanzarse una temperatura de 66 grados centígrados o más. Esa temperatura generaría tormentas convectivas muy intensas, pero resulta que estas tormentas no son suficientes para que el vapor de agua alcance la estratosfera. La radiación emitida por la estrella también juega un papel en este paso.

Para planetas que orbitan cerca de su estrella, los efectos de marea de esta hacen que el planeta sincronice su rotación con su órbita de tal modo que presente siempre la misma cara a su estrella. Una cara del planeta termina en una noche perpetua y la otra en un día eterno.

Según este nuevo modelo, cuando algo así sucede, las nubes del lado soleado del planeta actúan como una sombrilla sobre la superficie del mismo. Aunque esto puede mantener al planeta más frío y evitar la pérdida de vapor de agua en un proceso de invernadero húmedo, la radiación del infrarrojo cercano de la estrella podría producir de todos modos el indeseado estado. La razón de esto es que el vapor de agua o en forma de gotitas en suspensión absorbe luz infrarroja de ese tipo, lo que calienta el aire y, por tanto, la atmósfera. Al final este aire caliente puede llevar el agua hasta la estratosfera en donde será destruido por fotodisociación.

Este proceso es especialmente relevante para planetas alrededor de estrellas de baja masa como las enanas rojas, que son la mayoría de las estrellas alrededor de las cuales se han detectado exoplanetas debido a un sesgo observacional. Cuando menos masiva es una estrella, más radiación infrarroja emite y más cerca de ella está su zona habitable, por los que favorece que cualquier planeta en esa zona presente siempre la misma cara.

De todos modos, el proceso parece ser gradual, por lo que es posible que existan exoplanetas en esta configuración que permanezcan habitables por mucho tiempo.

El nuevo modelo puede ayudar en un futuro a dilucidar la habitabilidad de exoplanetas, tanto para descartar casos como para estudiar casos concretos una vez se puedan obtener espectros de sus atmósferas. Así, se podría calcular previamente si el planeta, en función de la distancia a su estrella, pueda o no haber entrado en un proceso de invernadero húmedo. En ese futuro no tan lejano se podrá detectar directamente el vapor de agua en la atmósfera de un exoplaneta. Si se detecta demasiado es muy posible que el planeta haya entrado en un proceso de invernadero húmedo.

En este estudio los autores han asumido que el exoplaneta del modelo tiene una atmósfera como la terrestre, pero que está enteramente cubierto de océanos. Esto les permitió ver más claramente los efectos de los cambios de la distancia del planeta a la estrella sobre la cantidad de agua presente en su estratosfera. En modificaciones posteriores del modelo pretenden añadir características, como la gravedad del planeta, su tamaño, la composición atmosférica y la presión atmosférica superficial para ver cómo las variaciones sobre estos parámetros afectan la habitabilidad del exoplaneta.

De todos modos, este asunto recuerda a los modelos de formación planetaria que había antes de que se descubrieran los exoplanetas y que resultaron ser erróneos. A veces la Naturaleza es más complicada de lo que imaginamos con modelos simplificados.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia en ArXiv.