13 de diciembre de 2007

En Gliese 581 un planeta podría ser habitable

Imagen: Astronomy & Astrophysics

En abril, un equipo de astrónomos europeos anunció en Astronomy & Astrophysics el descubrimiento de dos planetas similares a la Tierra posiblemente habitables. La misma revista científica está ahora publicando dos estudios independientes y detallados de este sistema, que confirman que uno de los planetas puede ser ubicado dentro de la zona habitable alrededor de la estrella Gliese 581.

Más de 10 años después del descubrimiento del primer planeta extrasolar, los astrónomos han descubierto más de 250 de estos planetas. Hasta hace pocos años, la mayoría de los exoplanetas descubiertos eran de la masa de Júpiter y probablemente gaseosos. Recientemente, los astrónomos han anunciado el descubrimiento de varios planetas que son potencialmente mucho más pequeños, con una masa mínima inferior a 10 masas terrestres: las ahora llamadas súper-Tierra.

En abril, un equipo europeo anunció en Astronomy & Astrophysics el descubrimiento de dos nuevos planetas en órbita alrededor de la estrella Gliese 581 M (una enana roja), con masas de por lo menos 5 y 8 veces la masas de la Tierra. Dada la distancia a su estrella principal, estos nuevos planetas (ahora conocidos como Gliese 581c y Gliese 581d) fueron los primeros posibles candidatos a planetas habitables.

Contrariamente a los planetas gigantes tipo Júpiter que son principalmente gaseosos, se espera que los planetas terrestres sean muy diversos: algunos serán secos y sin aire, mientras que otros tendrán mucho más agua y gases que la Tierra. Sólo la próxima generación de telescopios nos permitirá decir de qué están hechos estos nuevos mundos y sus atmósferas y buscar posibles indicios de vida en ellos. Sin embargo, las investigaciones teóricas son posibles hoy y pueden resultar de gran ayuda en la identificación de objetivos para esas futuras observaciones.

En este marco, la revista Astronomy & Astrophysics ahora publica dos estudios teóricos del sistema planetario de Gliese 581. Dos equipos internacionales, uno dirigido por Franck Selsis y el otro por Werner von Bloh, investigan la posible habitabilidad de las dos súper-Tierra desde dos puntos de vista diferentes. Para hacerlo, estimaron los límites de la zona habitable alrededor de Gliese 581, es decir, entre qué distancias dentro de las proximidades de esta estrella puede existir agua líquida en la superficie de un planeta.

F. Selsis y sus colegas calcularon las propiedades de la atmósfera de un planeta a diversas distancias de la estrella. Si el planeta está demasiado cerca de la estrella, los depósitos de agua se evaporan, y por lo tanto, las formas de vida como las de la Tierra no pueden existir. La frontera exterior corresponde a la distancia en que el CO2 gaseoso es incapaz de producir el fuerte efecto invernadero necesario para calentar una superficie planetaria por encima del punto de congelación del agua. La mayor incertidumbre para la localización exacta de los límites de la zona habitable proviene de las nubes que, de momento, no es posible modelarlas en detalle. Estas limitaciones también se producen cuando se observa el caso del Sol: los estudios climáticos indican que la frontera interior se encuentra en alguna parte entre 0,7 y 0,9 UA, y el límite exterior es entre 1,7 y 2,4 UA. La figura que acompaña el trabajo ilustra las fronteras de la zona habitable del Sol, en comparación con el caso de Gliese 581 como lo comprobaron Selsis y von Bloh.

W. von Bloh y sus colegas estudiaron una región más restringida de la zona habitable, donde es posible una fotosíntesis similar a la de la Tierra. Esta producción de biomasa fotosintética depende de la concentración atmosférica de CO2, tanto como en la presencia de agua líquida en el planeta. Usando un modelo de la evolución térmica de las súper-Tierra calcularon las fuentes de CO2 atmosférico (liberadas a través de cordilleras y volcanes) y sus sumideros (el consumo de CO2 gaseoso por los procesos climáticos). El principal aspecto de su modelo es la persistencia de equilibrio (que existe en la Tierra) entre la pérdida de CO2 en el sistema atmósfera-océano y su liberación a través de la tectónica de placas. En este modelo, la capacidad de sostener una biosfera fotosintética depende, en gran medida, de la edad del planeta, porque un planeta que es demasiado viejo tal vez no sea más activo, es decir, no libere el suficiente CO2 gaseoso. En este caso, el planeta ya no sería habitable. Para calcular los límites de la zona de habitabilidad, von Bloh supuso un nivel de CO2 de 10 bares.

La figura ilustra los límites de la zona habitable calculados utilizando los dos modelos y, en comparación, los límites de la zona habitable del Sol. Ambos equipos encontraron que, si bien Gliese 581 c está demasiado cerca de la estrella para ser habitable, el planeta Gliese 581 d podría ser habitable. Sin embargo, las condiciones ambientales en el planeta d podrían ser demasiado duras para permitir que aparezca la vida compleja. El planeta d está bloqueado mareáticamente, al igual que la Luna, en el sistema Tierra-Luna, lo que significa que una parte del planeta está permanentemente oscura. Así, fuertes vientos pueden ocasionarse por la diferencia de temperatura entre las partes de día y noche del planeta. Dado que el planeta se encuentra en el borde exterior de la zona habitable, las formas de vida tendrían que crecer con poca irradiación estelar y un clima muy peculiar.

La figura ilustra también que la distancia de los planetas c y d a la estrella central tienen fuertes variaciones debido a la excentricidad de sus órbitas. Además, por estar cerca de la estrella, sus periodos orbitales son cortos: 12,9 días para el planeta c y 83,6 días para el planeta d. La figura muestra que el planeta d, durante su viaje, podría abandonar temporalmente la zona habitable y volver a entrar en ella. Sin embargo, incluso en estas extrañas condiciones, aún sería habitable si su atmósfera es suficientemente densa. En cualquier caso, las condiciones de habitabilidad en el planeta d deberían ser muy diferentes de las que encontramos en la Tierra.

Por último, pero no menos importante, la posible habitabilidad de uno de estos planetas es particularmente interesante debido a la estrella central, que es una enana roja, una estrella tipo M. Alrededor del 75% de todas las estrellas de nuestra galaxia son de tipo M. Son de larga vida (potencialmente decenas de miles de millones de años), estables, y consumen hidrógeno. Las estrellas M han sido, durante mucho tiempo, consideradas como pobres candidatas para albergar planetas habitables: en primer lugar, porque los planetas situados en la zona habitable de las estrellas M están bloqueados mareáticamente, con un lado permanentemente oscuro, donde la atmósfera puede probablemente condensarse en forma irreversible. En segundo lugar, las estrellas M tienen una intensa actividad magnética asociada a violentas erupciones e intensos flujos de rayos X de alta energía y de radiación ultravioleta extrema, durante su etapa temprana, que podrían erosionar las atmósferas planetarias. Estudios teóricos han demostrado, recientemente, que el ambiente de las estrellas M podría no impedir a estos planetas albergar vida. Las estrellas M entonces se han tornado muy interesantes para los astrónomos porque los planetas habitables en órbita a ellas son más fáciles de detectar que en las estrellas de tipo solar, mediante el uso de las técnicas de velocidad radial y de tránsito.

Ambos estudios confirman que definitivamente Gliese 581c y Gliese 581d serán objetivos principales para la futura misión espacial Darwin para encontrar planetas terrestres (TPF) de la ESA y de la NASA, dedicada a la búsqueda de vida en los planetas similares a la Tierra. Estos observatorios espaciales permitirán determinar las propiedades de sus atmósferas.

Un tercer trabajo sobre el sistema planetario de Gliese 581 ha sido recientemente aceptado para su publicación en la revista Astronomy & Astrophysic. En este trabajo, H. Beust y su equipo estudian la estabilidad dinámica del sistema planetario de Gliese 581. Esos estudios son muy interesantes en el marco de la posible habitabilidad de estos planetas, porque la evolución a largo plazo de las órbitas planetarias podría regular el clima de estos planetas. Las perturbaciones gravitacionales mutuas entre los diferentes planetas están presentes en cualquier sistema planetario con más de un planeta. En el Sistema Solar, bajo la influencia de los otros planetas, la órbita de la Tierra evoluciona de forma periódica de puramente circular a ligeramente excéntrica. Esto es, en realidad, lo suficiente como para activar la alternancia de eras glaciales y cálidas. Cambios orbitales más drásticos podrían haber impedido el desarrollo de la vida. Beust y sus colegas calcularon las órbitas del sistema Gliese 581 en más de 100 millones de años y encontraron que el sistema parece dinámicamente estable, mostrando fluctuaciones orbitales periódicas comparables con las de la Tierra. El clima en los planetas se espera que sea estable, por lo que, al menos, no impide que la vida se desarrolle, aunque no prueba que ella pueda haber ocurrido.

La información de esta nota original de la revista Astronomy & Astrophysics está basada en los artículos 'La habitabilidad de las súper-Tierra en Gliese 581' de von Bloh y colaboradores, 'Planetas habitables alrededor de la estrella Gliese 581?' de Selsis y colaboradores, y el artículo sobre la "Evolución dinámica del sistema planetario de Gliese 581", de H. Beust, X. Bonfils, X. Delfosse, y S. Urdí, de la revista Astronomy & Astrophysics.

(jg) (mg)

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