Imaginando un vecino terrenal


Todavía no sabemos si las estrellas similares al Sol más cercanas a nosotros, la binaria α Centauri A/B, albergan un planeta similar a la Tierra. Sin embargo, gracias al nuevo trabajo de modelado, ahora tenemos una buena idea de cómo se vería ese planeta, si existiera, y cómo podría haber evolucionado.

Estos son tiempos emocionantes para la investigación de exoplanetas, pasando de la demografía a la caracterización detallada. Se proyecta que el Telescopio Espacial James Webb (JWST), lanzado con éxito en diciembre de 2021, detecte las atmósferas de los exoplanetas rocosos que transitan frente a las enanas M, estrellas que son más débiles que el sol, que orbitan dentro de la zona habitable. El Telescopio Extremadamente Grande (ELT), actualmente en construcción en Chile, se configurará para obtener imágenes directas de exoplanetas rocosos alrededor de estrellas similares al Sol cercanas a fines de la década. Mirando aún más hacia el futuro, actualmente se están explorando ambiciosos conceptos de misiones espaciales futuras, incluido el Gran Interferómetro para Exoplanetas (LIFE), que apunta a los exoplanetas rocosos de la zona habitable y sus atmósferas.

ETH Zurich lidera o está significativamente involucrado en estas y otras infraestructuras de observación. La investigación complementaria en el Instituto de Física de Partículas y Astrofísica en el Departamento de Física se refiere al modelado numérico, que es indispensable para comprender los exoplanetas rocosos de la zona habitable y para guiar las futuras observaciones y el desarrollo de instrumentación. Ahora, un equipo internacional dirigido por académicos de ETH presenta los resultados de un estudio de este tipo, en el que dirigieron su atención a las estrellas similares al Sol más cercanas a la Tierra, α Centauri A y α Centauri B. En un informe publicado en The Astrophysical Journal, brindan un punto de referencia predicción de cómo sería un planeta del tamaño de la Tierra, si existiera en este sistema.

Una hipotética α-Cen-Tierra

El equipo, que incluye a los astrofísicos de ETH Haiyang Wang, Sascha Quanz y Fabian Seidler, así como a Paolo Sossi del Departamento de Ciencias de la Tierra, se dispuso a estimar la composición elemental de un hipotético planeta rocoso en la zona habitable de α Centauri A/B. sistema. Su modelado se basa en las composiciones químicas medidas espectroscópicamente de α Centauri A y α Centauri B, para las cuales se dispone de una gran cantidad de información tanto para los elementos formadores de rocas (como el hierro, el magnesio y el silicio) como para los elementos volátiles (incluidos el hidrógeno, el carbono y y oxígeno).

A partir de estos datos, pudieron proyectar posibles composiciones de un cuerpo planetario hipotético que orbita cualquiera de las estrellas. De esta forma, los investigadores llegaron a predicciones detalladas sobre las propiedades de su planeta modelo, al que denominaron «α-Cen-Earth», incluida su estructura interna, mineralogía y composición atmosférica. Estas características, a su vez, son de importancia central para comprender su evolución a largo plazo y su habitabilidad potencial.

Con este trabajo, Wang y sus colegas han comenzado a pintar una imagen cautivadora de un exoplaneta que orbita alrededor de α Centauri A/B. Si existe, es probable que α-Cen-Earth sea geoquímicamente similar a nuestra Tierra, predicen, con un manto dominado por silicatos, pero enriquecido en especies que contienen carbono como el grafito y el diamante. La capacidad de almacenamiento de agua en su interior rocoso debería ser equivalente a la de nuestro planeta natal. Según el estudio, α-Cen-Earth también se diferenciaría de la Tierra en formas interesantes, con un núcleo de hierro ligeramente más grande, menor actividad geológica y una posible falta de tectónica de placas. Sin embargo, la mayor sorpresa fue que la atmósfera primitiva del hipotético planeta podría haber estado dominada por dióxido de carbono, metano y agua, similar a la de la Tierra en el eón Arcaico, hace entre 4 y 2500 millones de años, cuando surgió la primera vida en nuestro planeta. planeta.

La conexión química estrella-planeta

El estudio se destaca porque incluye predicciones sobre elementos volátiles en un exoplaneta rocoso. Si bien está bien establecido que la composición química de los planetas «terrestres» (que se componen predominantemente de roca y metal) generalmente refleja la de sus estrellas anfitrionas, esto es cierto solo para los llamados elementos refractarios; es decir, los principales constituyentes de la roca y el metal. La correspondencia se rompe para los elementos volátiles, aquellos que se vaporizan fácilmente. Esta clase incluye hidrógeno, carbono y nitrógeno, que son clave para comprender si un planeta es potencialmente habitable.

Durante su investigación doctoral en la Universidad Nacional de Australia en Canberra (supervisada por Charley Lineweaver y Trevor Ireland, coautores del nuevo artículo), Wang desarrolló el primer modelo cuantitativo que conecta las composiciones químicas de las estrellas similares al Sol y cualquier roca. planetas que los rodean, tanto por elementos volátiles como refractarios. Wang se unió al grupo Quanz en ETH Zurich en 2019, donde desde entonces ha desarrollado aún más las aplicaciones de este modelo. El grupo también está desarrollando modelos más sofisticados de la relación química entre la estrella y el planeta, a través de colaboraciones en el marco del Centro Nacional de Competencia en Investigación PlanetS.

Ventana de oportunidad

La probabilidad de encontrar realmente un hermano mayor de nuestra Tierra (el sistema α Centauri A/B es entre 1500 y 2000 millones de años mayor que el Sol) difícilmente podría ser más favorable. De 2022 a 2035, α Centauri A y α Centauri B estarán lo suficientemente separadas para beneficiar la búsqueda de planetas alrededor de cada una de las estrellas gracias a la reducción de la contaminación lumínica de la otra. Junto con el nuevo poder de observación que se puede esperar en los próximos años, existe la esperanza legítima de que uno o varios exoplanetas que orbiten alrededor de α Centauri A/B se unan a los casi 5000 exoplanetas que se han descubierto desde 1995, cuando el astrofísico de la Universidad de Ginebra Michel Mayor y Didier Queloz (quien se unió a la facultad de ETH Zurich el año pasado) anunciaron el descubrimiento del primer planeta fuera de nuestro Sistema Solar que orbita una estrella similar al Sol, por lo que recibieron el Premio Nobel de Física 2019, compartido con el canadiense. El cosmólogo estadounidense Jim Peebles.

El trabajo de Wang et al. proporciona un estudio de referencia para el campo de la investigación de exoplanetas, en términos de una caracterización teórica detallada de exoplanetas rocosos (hipotéticos) en zonas habitables alrededor de estrellas similares al Sol en la vecindad solar. Esto es importante para guiar las futuras observaciones de dichos planetas y, por lo tanto, maximizar el rendimiento científico de las infraestructuras astronómicas terrestres y espaciales sin precedentes que se están desarrollando. Con toda esta capacidad en su lugar, podemos esperar un nuevo capítulo en el descubrimiento de planetas y vida en el cosmos.

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