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Exoplanetas: ¿hay planetas habitables más allá del Sistema Solar?
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El universo no sólo está lleno de estrellas, está también repleto de planetas. Más de 4000 planetas han sido descubiertos recientemente más allá de nuestro Sistema Solar, los llamados exoplanetas. Cincuenta de ellos tienen rasgos de mundos habitables. Se cree que la vieja pregunta "¿estamos solos?", que impulsa gran parte de la investigación espacial, tendrá pronto respuesta. Queremos descubrir vida más allá de la Tierra, o lugares donde la vida sea posible, o que puedan ser colonizados. En este artículo analizamos qué hace que un planeta sea habitable, cómo lo detectamos, cuáles son los candidatos más prometedores para la vida y el gran descubrimiento de un equipo científico belga.
Autora: Kathelijne Bonne. Edición española: Silvia Zuleta Romano
¿Qué hace que un planeta sea habitable?
Varios son los requisitos que debe cumplir un planeta para que haya vida. Básicamente, debe ser capaz de surgir, un proceso llamado abiogénesis y luego esta vida temprana debe ser capaz de prosperar durante períodos geológicos de tiempo, preferiblemente de millones a miles de millones de años, como en la Tierra.
El agua, en estado líquido, es un primer requisito para la vida tal y como la conocemos. Un planeta se encuentra en la "zona habitable" de una estrella si el agua de la superficie puede ser líquida, es decir, a una distancia que permita temperaturas de 0° a 100° Celsius. Sin embargo, para ser líquida, el agua necesita algo más que una determinada temperatura. También necesita presión. Esta presión la ejerce la atmósfera. Sin una atmósfera, el hielo simplemente se evaporaría en vapor de agua.
Esto nos lleva al segundo requisito, la atmósfera, la capa de gas que rodea al planeta. Además de ejercer presión, la atmósfera mantiene controladas las fluctuaciones de temperatura. Sin una atmósfera, la Tierra, al igual que la Luna, con su delgada atmósfera, fluctuaría hasta extremos de -170° por la noche y 100° abrasadores durante el día. Además, la atmósfera protege la vida de la mortífera radiación ultravioleta y de rayos X de la estrella madre.
El tercer requisito deseable es que el planeta tenga un interior activo y dinámico. En la Tierra, la tectónica de placas es el resultado de la actividad interna, impulsada por un núcleo caliente que hace que la roca del manto terrestre se arremoline lentamente, como grandes orugas, tal y como se describe en nuestro artículo sobre la tectónica de placas. Como resultado, hay volcanes y otros fenómenos geológicos en la superficie de la Tierra. La tectónica de placas también hace que el planeta esté envuelto por un campo magnético. Este campo actúa como un escudo contra el letal viento solar o estelar.
En resumen, las corrientes en los océanos, en el aire, y el lento "fluir" de las rocas, proporcionan un entorno estable y protegido del violento espacio exterior y un suministro y ciclo continuo de elementos necesarios para la vida, como el carbono, el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, el fósforo, etc.
La humanidad busca planetas con estas propiedades. Pero primero hay que encontrarlos.
Planetas con vapor de agua y océanos: grandes exoplanetas y la Tierra (derecha) (NASA, interpretación artística)
La misión Kepler y el método del tránsito
Los astrónomos utilizan varias técnicas para detectar exoplanetas, incluida la técnica del tránsito. Un tránsito se produce cuando un planeta se desliza en su órbita por delante de su estrella, en relación con el observador (como un eclipse solar). Durante un tránsito, la luz de la estrella disminuye ligeramente. Si el tránsito se repite a intervalos regulares, lo más probable es que la causa sea un planeta.
Equipado con instrumentos para detectar el tránsito, el telescopio Kepler fue enviado al espacio en 2009. En un estrecho sector de nuestra galaxia, la Vía Láctea, Kepler buscó estrellas con planetas. Investigaron unas 140.000 estrellas. Los científicos esperaban descubrir al menos un puñado de planetas, pero la misión superó todas las expectativas.
Se descubrió que unas 3.200 de las 140.000 estrellas estaban acompañadas por 4.000 planetas. La cifra real es mucho mayor, ya que con esta técnica sólo se ve una fracción de todos los tránsitos (porque sólo se mira en un plano).
Telescopio espacial Kepler (NASA, interpretación artística).
Espacio de búsqueda de Kepler en la Vía Láctea (NASA).
Los cálculos realizados por la misión Kepler y otras observaciones, mostraron que el universo es realmente muy abundante en planetas: aproximadamente la mitad de las estrellas tienen al menos un planeta. Según estimaciones recientes, uno de cada cinco planetas puede ser habitable. De acuerdo a los cálculos de la misión Kepler y una estimación del número total de estrellas en la Vía Láctea, ¡podría haber unos 60.000 millones de planetas habitables en nuestro pequeño rincón del universo!
¿Cómo podemos ver la atmósfera de un exoplaneta?
Durante un tránsito, la luz de las estrellas atraviesa la atmósfera de sus planetas. Dependiendo de su composición química, ciertas longitudes de onda de la luz estelar son absorbidas o transmitidas y esto puede ser medido.
También hay otros indicios interesantes. El vapor de agua sugiere un océano. El gas oxígeno puede ser indicativo de vida, porque en la Tierra es un subproducto de los seres vivos. El CO2 puede indicar un efecto invernadero.
Estas técnicas ya se han utilizado para caracterizar varios exoplanetas. Mientras tanto, los científicos también han descubierto qué tamaño de planeta es el más adecuado para la vida.
Las supertierras: ideales para vida
El tamaño del planeta resulta ser crucial. Lo ideal es que los planetas habitables tengan un tamaño desde ligeramente superior al de la Tierra hasta diez veces más. Son las llamadas supertierras.
Una supertierra es grande, por lo que hay más posibilidades de que no haya perdido su calor interno (los planetas pequeños se enfrían rápidamente). Gracias al calor interno, la posibilidad de un interior dinámico y, por tanto, de una tectónica de placas es mayor. Una supertierra también es pesada. Debido a esta gravedad, el planeta mantiene bien su atmósfera. En los planetas pequeños y ligeros, la atmósfera se escapa más fácilmente al espacio. Además, las grandes catástrofes climáticas o los impactos de meteoritos tienen menos impacto en un planeta grande que en uno pequeño.
Las supertierras habitables: Gliese 581 c y Próxima Centauri b
Gliese 581 c es un ejemplo de una supertierra que podría ser habitable. Pesa cinco veces más que la Tierra. Orbita alrededor de su estrella madre, Gliese 581, una enana roja, en la constelación de Libra, a 20 años luz. Las temperaturas allí fluctuarían entre 0 y 40° C. Todavía no se sabe si existe agua líquida. Aún queda mucho por descubrir sobre Gliese 581 c y las nuevas misiones espaciales examinarán más de cerca este planeta.
Próxima Centauri b (o Proxima b) fue descubierta en 2016 y es la supertierra más cercana a nosotros. Orbita alrededor de la enana roja Próxima Centauri, la estrella más cercana. Es ligeramente mayor que la Tierra y está mucho más cerca de su estrella que Mercurio del Sol, y la orbita en 11 días. Sin embargo, se encuentra en la zona habitable porque la estrella Próxima Centauri es mucho más débil que el Sol. A pesar de unos problemas, como los rayos X brillantes, las erupciones erráticas (llamaradas solares), un fuerte viento solar y una rotación problemática, el entorno de Próxima b podría producir vida. La temperatura media de -40 C y el hecho de tener una atmósfera, podrían permitir la existencia de agua en estado líquido en algunos lugares del planeta. En el mejor de los casos, el planeta tiene un campo magnético que puede actuar como escudo protector para desviar el viento solar y las llamaradas. Todavía queda mucho por saber sobre Próxima b.
Representación artística de la superficie del planeta Próxima b en órbita de la estrella enana roja Próxima Centauri, la más cercana al Sistema Solar (licencia ESO/M. Kornmesser/CC-BY-4.0).
Trappist 1: siete planetas similares a la Tierra
En 2015, el estudio de una estrella enana roja ultrafría en la constelación de Acuario, fue ampliamente cubierto por los medios de comunicación. Un equipo belga de la Universidad de Lieja reveló la existencia de un sistema solar con nada menos que 7 planetas similares a la Tierra. La estrella fue bautizada como Trappist-1, ya que el equipo de Lieja había utilizado el telescopio belga Transit Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) para estudiarla. Los planetas se denominan Trappist 1b a h, de los cuales Trappist 1e, f y g residen en la zona habitable, que permite la presencia de agua en forma líquida.
La enana roja ultrafría Trappist 1 y sus siete planetas (NASA/JPL Caltech/R. Hurt; interpretación artística).
Los planetas tienen órbitas muy cerradas, y la estrella es apenas mayor que Júpiter, y mucho más fría que el Sol. De hecho, este sistema es más similar en dimensiones a Júpiter y sus lunas que a nuestro sistema solar. Desde cada planeta, los otros planetas son claramente visibles en el cielo, y a veces parecen más grandes que la luna vista desde la Tierra
Las posibilidades de agua líquida son mayores en Trappist-1e, y es uno de los planetas más prometedores, con mayores posibilidades de habitabilidad. Puede ser un mundo acuático, un planeta completamente cubierto por un océano.
El sistema Trappist es el único sistema planetario conocido con siete planetas similares a la Tierra hasta el momento y es un descubrimiento muy emocionante.
Trappist 1e, Gliese 581 c y Próxima b son sólo algunos de los exoplanetas en los que es posible que haya vida o condiciones de habitabilidad. Estos y otros muchos planetas serán explorados con más detalle por nuevas misiones espaciales como PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO), que lanzará la ESA en 2026, y Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), lanzado en 2018 por la NASA.
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Más información sobre el espacio, los planetas y la vida en GondwanaTalks:
Fuentes:
Super-Earths and Life. An Edx.org online course by Harvard University. References therein. https://www.edx.org/course/super-earths-and-life
Gillon, M., Triaud, A., Demory, BO. et al. Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1. Nature 542, 456-460 (2017). https://doi.org/10.1038/nature21360
NASA, What is an exoplanet? https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/planet-types/super-earth
https://www.sci-news.com/astronomy/science-gj-1214b-gj-436b-weather-exoplanets-01657.html
Artículo escrito por Kathelijne Bonne, geóloga y científica del suelo.
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