Los asteroides son peligrosos, pero también podrían ser la clave para la vida en la Tierra


Tratar de reconstruir la apariencia de la vida en la Tierra es un poco como mirar a través de un caleidoscopio. Hay teorías contrapuestas sobre el origen del agua de la Tierra, y hay evidencia incompleta de cómo se formó la luna y qué papel desempeñó en el surgimiento de la vida. Hay mil otras preguntas, cada una con respuestas que compiten entre sí. A veces, las investigaciones contradictorias se publican con días de diferencia.

Esta imagen muestra el sistema solar interior, desde el sol hasta Júpiter. También incluye el cinturón de asteroides (la nube blanca en forma de rosquilla), las Hildas (el «triángulo» naranja justo dentro de la órbita de Júpiter), los troyanos de Júpiter (verde) y los asteroides cercanos a la Tierra. El grupo que lidera a Júpiter se llama los griegos, y el grupo que lo sigue es el de los troyanos. Crédito: Mdf en Wikipedia en inglés, dominio público

Pero así es la naturaleza, y eso es parte de la emoción de la ciencia. Hay una determinación rigurosa detrás de toda la evidencia y la investigación, y el caleidoscopio se calma con el tiempo. Surge el orden y la imagen se vuelve más clara.

Los asteroides son una de las piezas móviles del caleidoscopio. El impacto de un asteroide causó la extinción más dramática en la historia de la Tierra. Pero pueden haber entregado parte del agua de la Tierra y la química básica para la vida. Sus impactos también pueden haber creado nichos para la vida. Los asteroides son peligrosos pero también beneficiosos. Como muchas cosas en la naturaleza, todo se trata de la cantidad.

Un nuevo trabajo de investigación analiza otros sistemas solares para ver si tienen cinturones de asteroides. Si lo hacen, los asteroides en esos cinturones podrían contribuir a la habitabilidad en los planetas de esos sistemas. El documento es «Asteroides y vida: ¿Qué tan especial es el sistema solar?» y está disponible en el sitio de preimpresión arxiv.org. La autora principal es Rebecca Martin, profesora asociada en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Nevada, Las Vegas.

Es tentador mirar a nuestros vecinos en el sistema solar y llegar a conclusiones simples. Las superficies de Mercurio, la Luna y Marte, azotadas por asteroides, parecen haber perdido la vida (si es que alguna de ellas alguna vez albergó alguna vida). Pero las conclusiones simples a menudo regresan para atormentarnos, y eso es cierto. de asteroides.

Los impactos de asteroides pueden haber ayudado a la vida en la Tierra. Sus cráteres de impacto fueron nuevos tipos de hábitats, y la variedad de hábitats puede ser buena para la vida. Los impactos de asteroides pueden crear sistemas de respiraderos hidrotermales subterráneos que pueden ayudar a la vida. El impacto de Chicxulub que acabó con los dinosaurios creó un vasto sistema de fumarolas hidrotermales que duró más de un millón de años y modificó química y mineralógicamente una porción gigante de la corteza terrestre. La variedad química y mineralógica puede ser buena para la vida.

Esta figura es un modelo de la temperatura en el sitio de impacto de Chicxulub basado en muestras de pozo. El impacto creó un sistema de fumarolas hidrotermales que duró más de un millón de años. El impacto fue apocalíptico para los dinosaurios, pero otros impactos similares más atrás en la historia de la Tierra pueden haber ayudado al surgimiento de la vida. Crédito: Abramov y Kring 2007

Los impactos de asteroides crearon arcillas que pueden haber jugado un papel fundamental en el desarrollo de moléculas orgánicas simples como el formaldehído y moléculas más complejas como el ARN. Los impactos de asteroides pueden haber sido esenciales para la transición de la química a la biología. Sus impactos podrían haber cambiado la atmósfera de la Tierra en algo más propicio para la vida cuando sus núcleos de hierro reaccionaron con el agua del océano para liberar hidrógeno. La atmósfera resultante puede haber allanado el camino para la aparición de moléculas orgánicas.

La naturaleza sigue girando el caleidoscopio y los científicos siguen mirándolo.

«Dada la creciente evidencia del papel potencial de los asteroides en el surgimiento de la vida en la Tierra, no es descabellado suponer que los impactos de asteroides en un planeta terrestre (en la zona habitable de su estrella anfitriona) son una condición necesaria para el surgimiento de vida y estudiar las consecuencias de esta suposición», explican los autores.

En nuestro sistema solar, los asteroides se concentran en el cinturón de asteroides. Si los asteroides ayudan a permitir el surgimiento de la vida, entonces los cinturones de asteroides podrían ser necesarios para que surja la vida en exoplanetas en otros sistemas solares. O, al menos, útil.

Pero la mera presencia de un cinturón de asteroides en otros sistemas solares no es suficiente. Debe haber un mecanismo que perturbe el cinturón y haga que los asteroides se estrellen contra los planetas. En nuestro sistema solar, eso significa los planetas gigantes Júpiter y Saturno y las resonancias orbitales y las relaciones entre ellos y el cinturón de asteroides.

«Dado que en el sistema solar, se ha demostrado que la resonancia secular v6 ha sido importante para impulsar estos impactos, exploramos cómo las masas y ubicaciones de dos planetas gigantes determinan la ubicación y la fuerza de esta resonancia secular», escriben los autores.

Una resonancia orbital es cuando los cuerpos en órbita ejercen una influencia regular y periódica entre sí. Hay diferentes tipos de resonancias orbitales y se expresan en proporciones. Los astrónomos llaman resonancia secular v6 a la relación entre Saturno y el cinturón de asteroides. Secular significa a largo plazo, y v6 denota el sexto planeta desde el sol. La resonancia secular v6 ralentiza la excentricidad de los asteroides hasta que cruzan la trayectoria orbital de Marte. Eventualmente, son expulsados ​​del cinturón por un encuentro cercano con Marte.

Pero para que suficientes asteroides choquen con la Tierra, el único planeta habitable en el sistema solar interior, se necesita otro planeta gigante. En su artículo, los autores escriben: «… se requiere un segundo planeta gigante, y su ubicación debe estar dentro de una región radial relativamente estrecha para que suficientes asteroides colisionen con el planeta habitable…»

El estudio se basa en tres simulaciones de nuestro sistema solar. En cada recorrido, la Tierra se encuentra en su ubicación orbital actual. Pero cada carrera tenía una disposición diferente de planetas gigantes.

Esta tabla del estudio muestra los detalles de cada una de las tres ejecuciones de simulación. Las columnas 2 y 3 son los radios orbitales de Júpiter y Saturno, respectivamente. Las columnas 4, 5 y 6 muestran el número de asteroides que golpean el sol, la Tierra, Júpiter y Saturno. La columna 7 muestra el número de asteroides que han sido expulsados. La columna 8 muestra el número total de asteroides con un resultado (colisión o expulsión). La columna 9 muestra los asteroides restantes en la simulación, y la columna 10 muestra la probabilidad de una colisión con la Tierra para los asteroides que tienen un resultado. Crédito: Martín et al. 2022

Los resultados de la simulación arrojan algo de luz sobre el comportamiento de los asteroides en nuestro sistema solar. Run 1 es nuestro sistema solar actual. La ejecución dos tenía los planetas gigantes cerca del 2: 1 MMR (resonancia de movimiento medio) y la ejecución 3 no tenía un segundo planeta. La Tierra se enfrenta al mayor número de impactos de asteroides en nuestro sistema actual. En el sistema con el segundo planeta cerca del MMR 2:1, muchos más asteroides son expulsados ​​del cinturón, pero la menor cantidad golpea la Tierra. Sin un segundo planeta gigante, los resultados son mediocres.

¿Qué pueden decirnos estos resultados sobre otros sistemas estelares?

«Al examinar los sistemas exoplanetarios observados con dos planetas gigantes, encontramos que una resonancia secular dentro de la región del cinturón de asteroides puede no ser poco común», escriben. «Por lo tanto, el sistema solar es algo especial, pero el grado de ajuste que puede ser necesario para el surgimiento de la vida no es excesivo».

Los autores examinaron datos del Archivo de Exoplanetas de la NASA. Extrajeron sistemas de exoplanetas con dos planetas gigantes conocidos de más de 0,1 masas de Júpiter. Los planetas también debían tener ejes orbitales semimayores mayores de dos au. La siguiente tabla presenta su muestra.

Los autores señalan que esta lista de sistemas solares con planetas gigantes es todo menos completa. Es un desafío detectar planetas masivos en órbitas amplias en sistemas planetarios distantes. Pero el hecho de que 4 de 13 sistemas tengan resonancias orbitales en el lugar correcto para sacar asteroides de sus cinturones sigue siendo interesante. Por supuesto, aún no sabemos qué tan comunes son los cinturones de asteroides o su naturaleza y composición en otros sistemas. Nuestra única guía es nuestro propio sistema solar. Si nuestro sistema solar es una guía, entonces los cinturones de asteroides en otros sistemas podrían cruzar la línea de congelación.

Los autores analizan dos sistemas solares distantes que tienen como objetivo la búsqueda de vida alrededor de las estrellas enanas M (enanas rojas).

El primero es el conocido sistema TRAPPIST-1. Tiene siete exoplanetas, incluidos tres planetas similares a la Tierra en la zona habitable potencial de la estrella. No hay evidencia de que el sistema TRAPPIST-1 tenga un cinturón de asteroides, pero los autores señalan que «… nuestro propio cinturón de asteroides en un sistema exoplanetario no sería observable». El sistema TRAPPIST-1 podría tener un equivalente en el cinturón de Kuiper. Investigaciones anteriores muestran que un perturbador externo podría enviar objetos de ese cinturón a estrellarse contra los planetas en la zona habitable.

Hay muchos datos en esta tabla, pero la conclusión principal está en la décima columna, números en negrita. Los números en negrita son sistemas donde la resonancia v6 está ubicada en el cinturón de asteroides o donde creen que estaría un cinturón de asteroides. Crédito: Martín et al. 2022

El segundo sistema que mencionan es nuestro vecino Proxima Centauri. Tiene dos exoplanetas detectados, uno de ellos del tamaño de la Tierra y en zona habitable. Nuevamente, la presencia de un cinturón de asteroides es incierta, aunque hay alguna evidencia de un cinturón de polvo frío. También hay indicios de otro planeta masivo en el sistema, pero eso está lejos de ser seguro. Investigaciones anteriores examinaron el potencial de impactos de asteroides en Proxima b, un exoplaneta en la zona habitable de la enana roja Proxima Centauri. En ese artículo, los autores examinaron la tasa de esterilización de los impactos de asteroides, pero ese es solo el otro lado de los impactos de asteroides. Ambos pueden esterilizar planetas y permitir la vida.

Los astrónomos están mejorando cada vez más en la búsqueda de exoplanetas a medida que mejoran los métodos y la tecnología. Pronto, también podremos detectar cinturones de asteroides. El telescopio espacial James Webb ayudará con eso.

Es demasiado pronto para concluir que otros sistemas solares tienen cinturones de asteroides. Hay mucho que no sabemos. «Advertimos que nuestras conclusiones se basan en la imagen clásica de la formación del sistema solar», dicen los autores en su conclusión.

Los planetas gigantes pueden haber hecho más que enviar asteroides hacia la Tierra. Es posible que hayan ayudado a crear el cinturón de asteroides. No sabemos si eso es necesario para otros sistemas.

Los autores no mencionaron la migración de planetas gigantes y cómo eso pudo haber afectado todo. Esas migraciones pueden haber agotado el cinturón de asteroides. ¿Ocurriría lo mismo en otros sistemas?

El JWST y otros poderosos observatorios y telescopios limitarán algunas de las ideas y modelos que usamos para comprender los cinturones de asteroides y sus impactos en planetas potencialmente habitables.

Una vez que tengamos mejores restricciones, el caleidoscopio se asentará y las cosas se volverán más claras.

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