¿Agua líquida a largo plazo también en planetas no similares a la Tierra?


La vida en la Tierra comenzó en los océanos. En la búsqueda de vida en otros planetas, el potencial de agua líquida es, por lo tanto, un ingrediente clave. Para encontrarlo, los científicos han buscado tradicionalmente planetas similares al nuestro. Sin embargo, el agua líquida a largo plazo no necesariamente tiene que ocurrir en circunstancias similares a las de la Tierra. Investigadores de la Universidad de Berna y la Universidad de Zúrich, que son miembros del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS, informan en un estudio publicado en la revista Nature Astronomy, que incluso podrían darse condiciones favorables durante miles de millones de años. planetas que apenas se parecen a nuestro planeta de origen.

Invernaderos primordiales

«Una de las razones por las que el agua puede ser líquida en la Tierra es su atmósfera», explica el coautor del estudio Ravit Helled, profesor de astrofísica teórica en la Universidad de Zúrich y miembro de NCCR PlanetS. “Con su efecto invernadero natural, atrapa la cantidad justa de calor para crear las condiciones adecuadas para los océanos, los ríos y la lluvia”, dice el investigador.

Los planetas de baja masa con una atmósfera primordial de hidrógeno y helio podrían tener las temperaturas y presiones que permiten el agua en la fase líquida. La presencia de agua líquida es favorable para la vida, por lo que estos planetas albergan potencialmente hábitats exóticos durante miles de millones de años. Crédito: © (CC BY-NC-SA 4.0) – Thibaut Roger – Universität Bern – Universität Zürich.

Sin embargo, la atmósfera de la Tierra solía ser muy diferente en su historia antigua. «Cuando el planeta se formó por primera vez a partir de gas y polvo cósmicos, reunió una atmósfera que consistía principalmente en hidrógeno y helio, la llamada atmósfera primordial», señala Helled. Sin embargo, en el transcurso de su desarrollo, la Tierra perdió esta atmósfera primordial.

Otros planetas más masivos pueden acumular atmósferas primordiales mucho más grandes, que pueden mantener indefinidamente en algunos casos. «Estas atmósferas primordiales masivas también pueden inducir un efecto invernadero, muy parecido a la atmósfera de la Tierra en la actualidad. Por lo tanto, queríamos averiguar si estas atmósferas pueden ayudar a crear las condiciones necesarias para el agua líquida», dice Helled.

Agua líquida durante miles de millones de años.

Para hacerlo, el equipo modeló minuciosamente innumerables planetas y simuló su desarrollo durante miles de millones de años. Tomaron en cuenta no solo las propiedades de las atmósferas de los planetas, sino también la intensidad de la radiación de sus respectivas estrellas, así como el calor interno de los planetas que se irradia hacia el exterior. Mientras que en la Tierra, este calor geotérmico juega solo un papel menor para las condiciones en la superficie, puede contribuir de manera más significativa en planetas con atmósferas primordiales masivas.

Duración de las condiciones de agua líquida para planetas en una amplia gama de ejes semi-mayores (1 au a 100 au) y masas envolventes (10−1.8 a 10−6 M⊕). Los planetas reciben insolación basada en la evolución de la luminosidad de una estrella similar al Sol. a–c, Masas del núcleo de 1,5 (a), 3 (b) y 8 M⊕ (c). La duración de la evolución total es de 8 Gyr. El color de un punto de cuadrícula indica cuánto tiempo hubo presiones y temperaturas superficiales continuas que permitieron el agua líquida, τlqw. Estos van desde 10 Myr (púrpura) hasta más de 5 Gyr (amarillo). Las cruces grises corresponden a casos sin condiciones de agua líquida que duran más de 10 Myr. La pérdida atmosférica no se considera en estas simulaciones. d, Resultados para planetas con una masa central de 3 M⊕, pero incluida la restricción de que la temperatura de la superficie debe permanecer entre 270 y 400 K. volverse insignificante. Crédito: Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01699-8

«Lo que encontramos es que, en muchos casos, las atmósferas primordiales se perdieron debido a la intensa radiación de las estrellas, especialmente en los planetas que están cerca de su estrella. Pero en los casos en que las atmósferas permanecen, pueden darse las condiciones adecuadas para el agua líquida». informa Marit Mol Lous, Ph.D. estudiante y autor principal del estudio. Según el investigador de la Universidad de Berna y de la Universidad de Zúrich, “en los casos en que llega suficiente calor geotérmico a la superficie, ni siquiera es necesaria la radiación de una estrella como el sol para que prevalezcan en la superficie condiciones que permitan la existencia de líquido agua.»

«Quizás lo más importante es que nuestros resultados muestran que estas condiciones pueden persistir durante períodos de tiempo muy largos, hasta decenas de miles de millones de años», señala el investigador, que también es miembro de NCCR PlanetS.

Los planetas con una atmósfera primordial de hidrógeno y helio muestran una amplia gama de condiciones que permiten el agua líquida. Crédito: © (CC BY-NC-SA 4.0) – Thibaut Roger – Universität Bern – Universität Zürich.

Ampliando el horizonte para la búsqueda de vida extraterrestre

«Para muchos, esto puede ser una sorpresa. Los astrónomos normalmente esperan que haya agua líquida en las regiones alrededor de las estrellas que reciben la cantidad justa de radiación: no demasiada, para que el agua no se evapore, y no muy poca, para que no se evapore». no todo se congela», explica el coautor del estudio, Christoph Mordasini, profesor de astrofísica teórica en la Universidad de Berna y miembro de NCCR PlanetS.

«Dado que la disponibilidad de agua líquida es un requisito previo probable para la vida, y la vida probablemente tardó muchos millones de años en surgir en la Tierra, esto podría expandir enormemente el horizonte para la búsqueda de formas de vida extraterrestres. Según nuestros resultados, incluso podría surgir en los llamados planetas que flotan libremente, que no orbitan alrededor de una estrella», dice Mordasini.

Duración de las condiciones de agua líquida en planetas no unidos. Los planetas se simulan con diferentes masas centrales y masas envolventes. Los colores de los puntos de cuadrícula indican cuánto tiempo hubo presiones y temperaturas superficiales continuas que permitieron el agua líquida, τlqw. La duración más larga simulada fue de 84 mil millones de años para un núcleo de 10 M⊕ y una envoltura de 0,01 M⊕. Si los planetas con una atmósfera primordial pueden albergar agua líquida, la duración puede ser mucho mayor en los planetas libres, ya que la fuente de calor interna puede evolucionar más lentamente que la estrella anfitriona. Las curvas de nivel indican el inicio de las condiciones de agua líquida para planetas con τlqw > 100 Myr. Crédito: Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01699-8

Sin embargo, el investigador sigue siendo cauteloso: «Si bien nuestros resultados son emocionantes, deben considerarse con un grano de sal. Para que estos planetas tengan agua líquida durante mucho tiempo, deben tener la cantidad adecuada de atmósfera. No sabemos cómo». común que es.»

«E incluso en las condiciones adecuadas, no está claro qué tan probable es que surja la vida en un hábitat potencial tan exótico. Esa es una pregunta para los astrobiólogos. Aún así, con nuestro trabajo demostramos que nuestra idea centrada en la Tierra de una vida- planeta amigo podría ser demasiado estrecho», concluye Mordasini.

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