Mirando hacia el futuro, la NASA y otras agencias espaciales tienen grandes esperanzas en el campo de la investigación de planetas extrasolares. En la última década, el número de exoplanetas conocidos ha llegado a poco menos de 4000, y se espera encontrar muchos más una vez que se pongan en servicio los telescopios de la próxima generación. Y con tantos exoplanetas para estudiar, los objetivos de la investigación se han alejado lentamente del proceso de descubrimiento hacia la caracterización.
Desafortunadamente, los científicos todavía están plagados por el hecho de que lo que consideramos una "zona habitable" está sujeto a muchos supuestos. Al abordar esto, un equipo internacional de investigadores publicó recientemente un documento en el que indicaron cómo las futuras encuestas de exoplanetas podrían mirar más allá de los ejemplos análogos de la Tierra como indicaciones de habitabilidad y adoptar un enfoque más integral.
El documento, titulado "Predicciones de zonas habitables y cómo probarlas", apareció recientemente en línea y se presentó como un documento blanco a la Encuesta Decenal Astro 2020 sobre Astronomía y Astrofísica. El equipo detrás de él estaba dirigido por Ramses M. Ramirez, investigador del Earth-Life Science Institute (ELSI) y el Space Science Institute (SSI), a quien se unieron coautores y co-firmantes de 23 universidades e instituciones.
El propósito de la encuesta decenal es considerar el progreso realizado previamente en varios campos de investigación y establecer prioridades para la próxima década. Como tal, la encuesta proporciona una guía crucial para la NASA, la National Space Foundation (NSF) y el Departamento de Energía a medida que planean sus objetivos de investigación de astronomía y astrofísica para el futuro.
En la actualidad, muchos de estos objetivos se centran en el estudio de exoplanetas, que se beneficiarán en los próximos años del despliegue de telescopios de próxima generación como el Telescopio espacial James Webb (JWST) y el Telescopio Espacial Infrarrojo de Campo Amplio (WFIRST), así como observatorios terrestres como el Telescopio extremadamente grande (ELT), el Telescopio de treinta metros y el Telescopio gigante de Magallanes (GMT).
Una de las prioridades principales de la investigación de exoplanetas es buscar planetas donde pueda existir vida extraterrestre. A este respecto, los científicos designan a los planetas como "potencialmente habitables" (y por lo tanto dignos de observaciones de seguimiento) en función de si orbitan o no dentro de las zonas habitables (HZ) de sus estrellas. Por esta razón, es prudente echar un vistazo a lo que implica definir una HZ.
Como Ramírez y sus colegas indicaron en su documento, uno de los principales problemas con la habitabilidad del exoplaneta es el nivel de suposiciones que se hacen. Para desglosarlo, la mayoría de las definiciones de HZ suponen la presencia de agua en la superficie, ya que este es el único disolvente que actualmente se conoce que alberga la vida. Estas mismas definiciones suponen que la vida requiere un planeta rocoso con actividad tectónica que orbita una estrella adecuadamente brillante y cálida.
Sin embargo, investigaciones recientes han arrojado dudas sobre muchos de estos supuestos. Esto incluye estudios que indican cómo el oxígeno atmosférico no significa automáticamente la presencia de vida, especialmente si ese oxígeno es el resultado de la disociación química y no de la fotosíntesis. Otra investigación ha demostrado cómo la presencia de gas oxígeno durante los primeros períodos de la evolución de un planeta podría prevenir el surgimiento de formas de vida básicas.
Además, ha habido estudios recientes que han demostrado cómo la tectónica de placas puede no ser necesaria para que emerja la vida, y que los llamados "mundos de agua" pueden no ser capaces de soportar la vida (pero aún podrían). Además de todo eso, tiene un trabajo teórico que sugiere que la vida podría evolucionar en mares de metano o amoníaco en otros cuerpos celestes.
El ejemplo clave aquí es la luna Titán de Saturno, que cuenta con un entorno rico en condiciones prebióticas y química orgánica, que algunos científicos creen que podría soportar formas de vida exóticas. Al final, los científicos buscan biomarcadores conocidos como el agua y el dióxido de carbono porque están asociados con la vida en la Tierra, el único ejemplo conocido de un planeta con vida.
Pero como Ramírez explicó a Space Magazine por correo electrónico, esta mentalidad (donde los análogos de la Tierra se consideran adecuados para la vida) todavía está llena de problemas:
“La definición clásica de zona habitable es defectuosa porque su construcción se basa principalmente en argumentos climatológicos centrados en la Tierra que pueden o no ser aplicables a otros planetas potencialmente habitables. Por ejemplo, se supone que las atmósferas de CO2 de barras múltiples se pueden soportar en planetas potencialmente habitables cerca del borde exterior de la zona habitable. Sin embargo, estos niveles tan altos de CO2 son tóxicos para las plantas y los animales de la Tierra y, por lo tanto, sin una mejor comprensión de los límites de la vida, no sabemos cuán razonable es esta suposición.
“El HZ clásico también supone que el CO2 y el H2O son los gases de efecto invernadero clave que sostienen los planetas potencialmente habitables, pero varios estudios en los últimos años han desarrollado definiciones alternativas de HZ utilizando diferentes combinaciones de gases de efecto invernadero, incluidas aquellas que, aunque relativamente menores en la Tierra, podrían ser importante para otros planetas potencialmente habitables ".
En un estudio previo, realizado por el Dr. Ramírez, demostró cómo la presencia de gas metano e hidrógeno también podría causar
Afortunadamente, estas definiciones tendrán la oportunidad de ser probadas, gracias al despliegue de telescopios de próxima generación. Los científicos no solo podrán probar algunos de los supuestos de larga data en los que se basan las HZ,
“Los telescopios de próxima generación podrían probar la zona habitable buscando un aumento previsto de la presión atmosférica de CO2 cuanto más lejos estén los planetas potencialmente habitables de sus estrellas. Esto también probaría si el ciclo de carbonato-silicato, que es lo que muchos creen que ha mantenido nuestro planeta habitable durante gran parte de su historia, es un proceso universal o no ”.
En este proceso, las rocas de silicato se convierten en rocas de carbono a través de la erosión y la erosión, mientras que las rocas de carbono se convierten en rocas de silicato a través de la actividad volcánica y geológica. Este ciclo garantiza la estabilidad a largo plazo de la atmósfera de la Tierra al mantener constantes los niveles de CO2 a lo largo del tiempo. También ilustra cómo el agua y la tectónica de placas son esenciales para la vida tal como la conocemos.
Sin embargo, este tipo de ciclo solo puede existir en planetas que tienen tierra, lo que efectivamente descarta "mundos acuáticos". Se cree que estos exoplanetas, que pueden ser comunes alrededor de las estrellas tipo M (enana roja), tienen hasta un 50% de agua en masa. Con esta cantidad de agua en sus superficies, es probable que los “mundos acuáticos” tengan capas densas de hielo en su límite núcleo-manto, evitando así la actividad hidrotermal.
Pero como ya se señaló, hay algunas investigaciones que indican que estos planetas aún podrían ser habitables. Si bien la abundancia de agua evitaría la absorción de dióxido de carbono por parte de las rocas y suprimiría la actividad volcánica, las simulaciones han demostrado que estos planetas aún podrían alternar el carbono entre la atmósfera y el océano, manteniendo así el clima estable.
Si existen estos tipos de mundos oceánicos, dice el Dr. Ramírez, los científicos podrían detectarlos a través de su densidad planetaria más baja y su atmósfera de alta presión. Y luego está la cuestión de varios gases de efecto invernadero, que no siempre son una indicación de atmósferas planetarias más cálidas, dependiendo del tipo de estrella.
"¡Aunque el metano calienta nuestro planeta, descubrimos que el metano realmente enfría las superficies de los planetas de zonas habitables que orbitan estrellas enanas rojas!" él dijo. “Si ese es el caso, las altas cantidades de metano atmosférico en tales planetas podrían significar condiciones congeladas que quizás no sean adecuadas para albergar vida. Podremos observar esto en los espectros planetarios.
Hablando de enanas rojas, el debate continúa sobre si los planetas que orbitan estas estrellas podrían o no ser capaces de mantener una atmósfera. En los últimos años, se han realizado múltiples descubrimientos que sugieren que los planetas rocosos, bloqueados por las mareas, son comunes alrededor de las estrellas enanas rojas, y que orbitan dentro de las HZ respectivas de sus estrellas.
Sin embargo, la investigación posterior ha reforzado la teoría de que la inestabilidad de las estrellas enanas rojas probablemente provocaría erupciones solares que despojarían a cualquier planeta que orbitara sus atmósferas. Por último, Ramírez y sus colegas plantean la posibilidad de que se puedan encontrar planetas habitables orbitando lo que (hasta hace poco) se consideraba un candidato poco probable.
Estas serían estrellas de tipo A de secuencia principal, como Sirius A, Altair y Vega, que se pensaba que eran demasiado brillantes y calientes para ser habitables. Dijo el Dr. Ramírez de esta posibilidad:
“También estoy interesado en descubrir si existe vida en planetas de zonas habitables que orbitan alrededor de las estrellas A. No se han publicado muchas evaluaciones de la habitabilidad planetaria de la estrella A, pero algunas arquitecturas de próxima generación planean observarlas. Pronto aprenderemos más sobre la idoneidad de las estrellas A para la vida ".
En última instancia, estudios como este, que cuestionan la definición de "zona habitable", serán útiles cuando las misiones de la próxima generación comiencen las operaciones científicas. Con sus instrumentos más sensibles y de mayor resolución, podrán probar y validar muchas de las predicciones realizadas por los científicos.
Estas pruebas también confirmarán si la vida podría existir o no solo allí como la conocemos, o también más allá de los parámetros que consideramos "similares a la Tierra". Pero, como Ramírez agregó, el estudio que él y sus colegas realizaron también destaca cuán importante es que sigamos invirtiendo en tecnología avanzada de telescopios:
“Nuestro documento también destaca la importancia de una inversión continua en tecnología avanzada de telescopios. Necesitamos poder encontrar y caracterizar tantos planetas de zonas habitables como sea posible si deseamos maximizar nuestras posibilidades de encontrar vida. Sin embargo, también espero que nuestro artículo inspire a las personas a soñar más allá de los próximos 10 años. Realmente creo que eventualmente habrá misiones que serán mucho más capaces que cualquier cosa que estemos diseñando actualmente. Nuestros esfuerzos actuales son solo el comienzo de un esfuerzo mucho más comprometido para nuestra especie ".
La reunión de la Encuesta Década 2020 será organizada conjuntamente por la Junta de Física y Astronomía y la Junta de Estudios Espaciales de la Academia Nacional de Ciencias, y será seguida por un informe que se publicará dentro de dos años.
