NeoFronteras

Últimas noticias sobre planetas fuera de nuestro Sistema Solar.

Los tiempos en los que con frecuencia se anunciaban nuevos exoplanetas se han acabado desde que la misión Kepler dejó de funcionar. Ahora, los anuncios se producen a un ritmo más pausado.

Las últimas noticias sobre exoplanetas son, de todos modos, interesantes. La primera de ellas tiene que ver con el sistema TRAPPIST-1. Este sistema planetario es algo que ni las mentes más calenturientas de la ficción científica pudieron imaginar. Empaquetados en un espacio muy inferior a la órbita de Mercurio, siete planetas rocosos orbitan alrededor de una enana roja. Para que tal configuración sea estable las orbitan han alcanzado una sincronización de tal modo que están en resonancia entre ellos. Lo interesante es que algunos de estos planetas están en la zona de habitabilidad de su estrella.

Pese que son las estrellas más abundantes de nuestra galaxia, las enanas rojas tienen ciertas incompatibilidades con la vida. Tienen una juventud tumultuosa en la que padecen grandes tormentas que emiten mucha radiación a los planetas circundantes. Además, para que estos planetas mantengan agua líquida en su superficie tienen que estar muy cerca a la estrella y esto provoca la sincronización de la rotación y la órbita de tal modo que presentan siempre la misma cara a su sol.

Desde que se descubrió el sistema de TRAPPIST-1 se ha discutido mucho sobre sus condiciones de habitabilidad y sobre qué planetas podrían mantener la vida allí.

Un par de artículos recientes habla de la habitabilidad de estos mundos, uno referido a la radiación y otro a su posible actividad volcánica inducida por las fuerzas de marea.

Federico Fraschetti (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian) y sus colaboradores han calculado la cantidad de radiación que cae sobre estos planetas, sobre todo sobre los tres en la zona de habitabilidad.

Estos investigadores simularon el viaje que las partículas cargadas de alta energía, principalmente protones, efectúan en el campo magnético de la estrella y cómo escapan de él. Encontraron que los cuatro planetas más interiores posiblemente están reciiendo un buen bombardeo de protones. Flujo de protones que podría ser un millón de veces más intenso que el que llega a la Tierra.

Es un sorpresa porque se esperaba que el campo magnético de la estrella mantuviera cerca esos protones alrededor de ella misma, pero no es así desde que se asume que las turbulencias en el campo magnético permiten a esos protones escapar. Y estas turbulencias pueden ser provocadas por diversos fenómenos naturales de la estrella.

En este sentido, la peor parte parece que se la llevaría el cuarto planeta del sistema. La radiación rompería las moléculas orgánicas por lo que sería nociva para la vida. Aunque, por otro lado, quizás también podría servir para iniciar la química prebiótica.

Los posibles campos magnéticos de estos planetas no serían suficientes para desviar estas radiación, porque necesitarían ser cientos de veces más potentes que el de la Tierra.

Quizás se salvaría de esta irradiación el lado oscuro de cada planeta que mira al lado opuesto de la estrella, si es que la temperatura no es muy baja. También es posible que la vida marina bajo varios metros de agua se salvara de este fenómeno.

Hamish Hay (Lunar and Planatary Laboratory, University of Arizona) se centra en la actividad volcánica provocada por las fuerzas de marea en los planetas del sistema TRAPPIST-1. Como todos sabemos, un objeto que alternativamente esté lejos y cerca de un campo gravitatorio se ve estrujado por las fuerzas de marea y esto calienta su interior y, en consecuencia, se genera actividad volcánica. Un ejemplo típico sería el de la luna Ío de Júpiter, con sus volcanes permanentemente activos.

Los planetas de TRAPPIST-1 pasan muy cerca unos de otros, por lo que las fuerzas de marea están presentes. Hamish Hay ha calculado la deformación que sufren por estas fuerzas de marea y, por tanto, la energía que se acumula en sus interiores.

Según sus resultados, los dos planetas más interiores de este sistema deben tener una muy intensa actividad volcánica que además tiene que cambiar sustancialmente sus posibles atmósferas. En sus caras iluminadas estos planetas serían demasiado calientes para la vida, pero este calor podría en parte emigrar al hemisferio oscuro y que este fuera habitable al no estar congelado.

Por otro lado, el sexto planeta, TRAPPIST-1g, también estaría sometido a fuerzas de marea intensas, pero esto facilitaría su habitabilidad al calentarse, ya que la distancia a la que se encuentra de su estrella sería demasiado grande y tendría su superficie congelada. Pero el calor generado por las fuerzas de marea impediría ese congelamiento.

El artículo de Federico Fraschetti no es el único trabajo reciente sobre los efecto de la radiación estelar de enanas rojas sobre exoplanetas conocidos. Lisa Kaltenegger y Jack O’Malley-James (Cornell University) han estudiado el caso de Proxima-b, que es el exoplaneta más cercano a nosotros conocido, a sólo 4,2 años luz de distancia. Además, es un planeta rocoso que está en la zona de habitabilidad de la estrella enana roja a la que orbita.

Este planeta que ha excitado la imaginación de la gente, pero la alta radiación procedente de su estrella hace que que está sometido a condiciones muy duras y se han rebajado las espectativas de vida sobre él. Recibe 250 veces más rayos X que la Tierra y puede experimentar niveles mortales de radiación ultravioleta (UV). No hay campo magnético que pare esta radiación, pues no está compuesto por partículas cargadas, sino por ondas electromagnética. Esta radiación provoca mutaciones en el ADN y destruye las moléculas orgánicas. Además, fotodisocia el vapor de agua, por lo que erosiona la atmósfera. A nosotros nos protege la atmósfera y en especial el ozono de esta radiación.

Kaltenegger y Jack O’Malley-James creen que, aún así, la vida es posible allí y como prueba ponen al ser humano.

La Tierra de hace 4000 millones de años era un infierno que también estaba irradiado por rayos UV y, pese a todo, la vida apareció.

Estos investigadores han modelado, baja distintos escenarios de composición atmosférica, la intensidad de los rayos UV que caen sobre los exoplanetas potencialmente habitables Proxima-b, TRAPPIST-1e, Ross-128b y LHS-1140b.

Los modelos muestran que en atmósferas delgadas y con niveles de ozono escasos, la radiación UV alcanza la superficie de estos planetas sin demasiados problemas.

Sin embargo, los planetas considerados reciben más rayos UV que los emitidos por el Sol en la actualidad y es comparable a lo que recibía la Tierra hace 3900 millones de años. Y si estamos aquí ahora entonces esos niveles son compatibles con la vida.

Además, diversos organismos terrestre usan mecanismos de protección frente a esta radiación, como el empleado de pigmentos, biofluorescencia o ocultándose en el suelo o en las rocas. Hay algunos, como la bateria Deinococcus radiodurans, que tienen mecanismos de reparación de ADN, puede prosperar en sitios con muy alta radiación.

El razonamiento de estos investigadores es que si los rayos UV no son un factor limitante a la hora de que los planetas alrededor de enanas rojas sean habitables.

Pero entonces surge la paradoja opuesta, ¿la aparición de vida requiere de altos niveles de radiación UV? Si es así algunos planetas no serían propicios para el surgimiento de la vida.

Una de cal y otra de arena. Un estudio de investigadores de la Universidad de Viene es mucho más pesimista. Según los modelos que han realizado, los planetas rocosos que surjan alrededor de estrellas activas, como puedan ser las enanas rojas, no pueden retener sus atmósferas debido a la radiación procedente de la estrella. Esto daría al traste con la habitabilidad de estos planetas.

Las estrellas jóvenes emiten gran cantidad de rayos X y rayos UV debido a unos intensos campos magnéticos. Para el caso de estrellas como el Sol, el periodo en el eso ocurre no dura mucho, pues es de unos pocos cientos de millones de años, pero para enanas rojas ese periodo es de miles de millones de años.

Esta radiación calienta las capas altas de la atmósfera y eleva la temperatura del gas enrarecido allí presente hasta los 1000 grados centígrados. Ello implica que parte de las moléculas de ese gas adquieren la velocidad de escape y se pierden. Hasta ahora no se había explorado lo rápido que se podría perder una atmósfera debido a este fenómeno.

Según los resultados obtenidos por estos investigadores, un planeta similar a la Tierra alrededor de una estrellas de tipo M joven pierde totalmente la atmósfera en menos de un millón de años, lo que es un periodo de tiempo casi instantáneo desde el punto de vista astrofísico.

Para el caso de la Tierra se cree que su atmósfera primitiva estaba dominada por el dióxido de carbono, que es capaz de absorber este calor y de irradiarlo en forma de infrarrojos al exterior, por lo que no se perdió. Ahora está dominada por el nitrógeno, que es un caso distinto, pero la actividad del Sol es muy inferior a cuando se formó, pues esta bajó al cabo de unos pocos cientos de millones de años.

Como las estrellas de tipo M (enanas rojas) tardan miles de millones de años en reducir su actividad, las posibilidades de supervivencia de las atmósferas de los planetas que las orbiten son muy reducidas. Como consecuencia, las atmósferas de estos planetas serán nulas o muy poco densas.

Es de suponer que esto se pueda comprobar algún día con la nueva generación de telescopios, pues una atmósfera dejaría huellas en los espectros que se tomen de estos exoplanetas.

Por otro lado, se ha anunciado en el congreso de Breakthrough Initiatives el posible descubrimiento del planeta Próxima-c, pero, de momento, no hay artículo publicado al respecto. Este planeta sería el segundo en ser descubierto tras Próxima-b del sistema planetario de la estrella más cercana a nosotros.

Aunque el sentido común nos diga que los sistemas planetarios tienen más de un planeta, desde el punto de vista científico hay que confirma la existencia de este planeta. Obviamente se trata, de momento, de un candidato a exoplaneta.

El planeta en cuestión podría ser una supertierra con un periodo orbital de 1900 días, lo que, dada la distancia a la estrella que esto implica (1,5 UA) , garantiza la congelación de este planeta a -234 grados centígrados. La vida tal y como la conocemos no sería posible allí.

El descubrimiento habría sido realizado por Mario Damasso (Observatorio de Turín) y Fabio Del Sordo (Universidad de Creta) sobre datos de velocidad radical (Doppler) ya publicados con los que se descubrió Próxima-b y más 60 medidas extras realizadas en 2017 en el ESO con el instrumento HARPS.

Se necesitarán más medidas de HARPS para confirmar este exoplaneta y quizás del espectógrafo ESPRESSO del ESO instalado en el VLT. También es posible que la confirmación venga del satélite Gaia de la ESA.

Si este planeta existe, dado que en él la vida se descarta, Próxima-c podría servir de banco de pruebas para ver el primer planeta directamente, pues está cerca de nosotros y orbita lejos de su estrella. Puede que el James Webb Space Telescope o el WFIRRT consigan resolverlo. La cercanía a su estrella hace de Próxima-b un blanco complicado para este objetivo, pues la luz de la estrella cegaría la débil luz reflejada por el planeta.

Si se consigue visualizar podría revelar pistas sobre las supertierras, tipo de planeta del que no tenemos ningún ejemplo en nuestro Sistema Solar. En espacial, podría ser de gran ayuda saber cómo es su atmósfera y si difiere de la de Urano y Neptuno. También nos podría decir si la radiación de las enanas rojas es tan negativa para el destino de sus planetas. Si Próxima-c carece de atmósfera nos diría que este efecto sería muy negativo, incluso a gran distancia de la estrella.

Por último, datos de la misión Kepler han permitido a unos investigadores descubrir otro planeta en el sistema Kepler-47 que un caso de planetas circumbinarios. Es decir, planetas que orbitan un sistema binario de estrellas.

Este caso fue descubierto, obviamente por el método del tránsito y con este nuevo descubrimiento contaría con, al menos, de tres planetas.

Kepler-47 el nuevo y el mayor de todos ellos, pero su periodo orbital es mayor, lo que ha dificultado su detección hasta ahora.

Los planetas de este sistema tienen densidades bajas, por lo que, posiblemente sean de tipo gaseoso. Se estiman para Kepler b, c y d temperaturas de equilibrio de 169, 32 y 10 grados centígrados respectivamente. Se han medido tamaños de 3,1, 7 y 4,7 veces el de la Tierra y periodos orbitales de 49, 187 y 303 días. La estrella alrededor de la que orbitan es similar al Sol, pero el sistema es más compacto y cabe dentro de 1 UA. Pero se encuentra muy lejos, a 3340 años luz de distancia a nosotros en dirección a la constelación del Cisne.

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Fuentes y referencias:
Artículo original 1.
Artículo original 2.
Artículo original 3.
Artículo original 4.
Artículo original 5.
Artículo original 6.

Ilustraciones:
NASA/JPL-Caltech
ESO/M. Kornmesser
J. O’Malley-James, Carl Sagan Institute, Cornell University, Jeff Tyson
NASA/JPLCaltech/T. Pyle