Dentro del Sistema Solar, la mayor parte de nuestra investigación astrobiológica está dirigida a Marte, que se considera el siguiente cuerpo más habitable después de la Tierra. Sin embargo, los esfuerzos futuros tienen como objetivo explorar satélites helados en el Sistema Solar exterior que también podrían ser habitables (como Europa, Encelado, Titán y más). Se espera que esta dicotomía entre los planetas terrestres (rocosos) que orbitan dentro de las Zonas Habitables (HZ) de su sistema y las lunas heladas que orbitan más lejos de sus estrellas madre sirva de base para futuras encuestas de planetas extrasolares e investigaciones de astrobiología.
De hecho, algunos creen que las exolunas pueden desempeñar un papel vital en la habitabilidad de los exoplanetas y que también podrían ser un buen lugar para buscar vida más allá del Sistema Solar. En un nuevo estudio, un equipo de investigadores investigó cómo la órbita de las exolunas alrededor de sus cuerpos progenitores podría conducir (y poner límites) al calentamiento de las mareas, donde la interacción gravitacional conduce a la actividad geológica y al calentamiento en el interior. Esto, a su vez, podría ayudar a los cazadores de exoplanetas y astrobiólogos a determinar qué exolunas tienen más probabilidades de ser habitables.
La investigación fue realizada por el estudiante graduado Armen Tokadjian y el profesor Anthony L. Piro de la Universidad del Sur de California (USC) y los Observatorios de la Institución Carnegie para la Ciencia. El artículo que describe sus hallazgos (“Calentamiento por mareas de exolunas en resonancia e implicaciones para la detección”) apareció recientemente en línea y se envió para su publicación en Astronomical Journal. Su análisis se inspiró en gran medida en la presencia de sistemas lunares multiplanetarios en el Sistema Solar, como los que orbitan alrededor de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
En muchos casos, se cree que estas lunas heladas tienen océanos interiores como resultado del calentamiento de las mareas, donde la interacción gravitatoria con un planeta más grande conduce a la acción geológica en el interior. Esto, a su vez, permite que existan océanos líquidos debido a la presencia de respiraderos hidrotermales en el límite entre el núcleo y el manto. El calor y los productos químicos que estos respiraderos liberan en los océanos podrían hacer que estos “mundos oceánicos” sean potencialmente habitables, algo que los científicos han estado esperando investigar durante décadas. Como explicó Tokadjian a Universe Today por correo electrónico:
“En términos de astrobiología, el calentamiento de las mareas puede aumentar la temperatura de la superficie de una luna a un rango en el que puede existir agua líquida. Por lo tanto, incluso los sistemas fuera de la zona habitable pueden justificar más estudios astrobiológicos. Por ejemplo, Europa alberga un océano líquido debido a las interacciones de las mareas con Júpiter, aunque se encuentra fuera de la línea de hielo del Sistema Solar”.
Teniendo en cuenta la abundancia de “Mundos Oceánicos” en el Sistema Solar, es probable que se puedan encontrar planetas similares y sistemas de lunas múltiples en toda nuestra galaxia. Como explicó Piro a Universe Today por correo electrónico, la presencia de exolunas tiene muchas implicaciones importantes para la vida, que incluyen:
Las lunas grandes como la nuestra pueden estabilizar la inclinación axial del planeta, por lo que el planeta tiene estaciones regulares
Las interacciones de las mareas pueden evitar que los planetas se bloqueen por mareas con su estrella anfitriona, lo que afecta el clima.
Las lunas pueden calentar un planeta por marea, ayudándolo a mantener un núcleo fundido, lo que tiene muchas implicaciones geológicas.
Cuando un planeta gaseoso está en la zona habitable de una estrella, la luna misma puede albergar vida (piense en Endor o Pandora)
En las últimas décadas, geólogos y astrobiólogos han teorizado que la formación de la Luna (hace unos 4500 millones de años) desempeñó un papel importante en el surgimiento de la vida. Nuestro campo magnético planetario es el resultado de su núcleo externo fundido girando alrededor de un núcleo interno sólido y en la dirección opuesta a la rotación del propio planeta. La presencia de este campo magnético protege a la Tierra de la radiación dañina y es lo que permitió que nuestra atmósfera se mantuviera estable a lo largo del tiempo, y que el viento solar no la despojara lentamente (como fue el caso de Marte).
En definitiva, las interacciones entre un planeta y sus satélites pueden afectar a la habitabilidad de ambos. Como Tokadjian y Piro demostraron en un artículo anterior usando dos exoplanetas candidatos como ejemplo (Kepler-1708 b-i y Kepler-1625 b-i), la presencia de exolunas puede incluso usarse para explorar el interior de los exoplanetas. En el caso de los sistemas de lunas múltiples, dijeron Tokadjian y Piro, la cantidad de calentamiento de las mareas depende de varios factores. Como ilustró Piro:
“A medida que un planeta eleva las mareas en una luna, parte de la energía almacenada por la deformación se transfiere para calentar la luna. Este proceso depende de muchos factores, incluida la estructura interior y el tamaño de la luna, la masa del planeta, la separación planeta-luna y la excentricidad orbital de la luna. En un sistema de varias lunas, la excentricidad puede excitarse a valores relativamente altos si las lunas están en resonancia, lo que lleva a un calentamiento significativo por marea”.
“En el trabajo de Armen, muestra muy bien, en analogía con el calentamiento de las mareas que vemos para Io alrededor de Júpiter, que las interacciones resonantes entre múltiples lunas pueden calentar exolunas de manera eficiente. Por ‘resonante’, nos referimos al caso en el que los períodos de las lunas obedecen a algún múltiplo entero (como 2 a 1 o 3 a 2) de modo que sus órbitas se “golpean” gravitatoriamente entre sí con regularidad”.
En su artículo, Tokadjian y Piro consideraron las lunas en una resonancia orbital 2:1 alrededor de planetas de diferentes tamaños y tipos (es decir, desde planetas rocosos más pequeños hasta gigantes gaseosos similares a Neptuno y Super-Júpiter). Según sus resultados, el mayor calentamiento por mareas ocurrirá en las lunas que orbitan planetas rocosos similares a la Tierra con un período orbital de dos a cuatro días. En este caso, la luminosidad de las mareas fue más de 1000 veces mayor que la de Io, y la temperatura de las mareas alcanzó los 480 K (~207 °C; 404 °F).
Estos hallazgos podrían tener implicaciones drásticas para futuras encuestas de exoplanetas y astrobiología, que se están expandiendo para incluir la búsqueda de exolunas. Mientras que misiones como Kepler han detectado muchas exolunas candidatas, ninguna ha sido confirmada ya que las exolunas son increíblemente difíciles de detectar usando métodos convencionales e instrumentos actuales. Como explicó Tokadjian, el calentamiento por mareas podría ofrecer nuevos métodos para la detección de exolunas:
“Primero, tenemos el método del eclipse secundario, que es cuando un planeta y su luna se mueven detrás de una estrella, lo que resulta en una caída en el flujo estelar observado. Si la luna se calienta significativamente, esta inmersión secundaria será más profunda de lo que se espera del planeta solo. En segundo lugar, una luna calentada probablemente expulsará volátiles como el sodio y el potasio a través del vulcanismo, como en el caso de Io. La detección de firmas de sodio y potasio en las atmósferas de los exoplanetas puede ser una pista para el origen de la exoluna”.
En los próximos años, los telescopios de próxima generación como el James Webb (que lanzará sus primeras imágenes el 12 de julio) se basarán en su combinación de óptica avanzada, imágenes IR y espectrómetros para detectar firmas químicas de atmósferas de exoplanetas. Otros instrumentos, como el Extremely Large Telescope (ELT) de ESO, se basarán en óptica adaptativa que permitirá obtener imágenes directas de exoplanetas. ¡La capacidad de detectar firmas químicas de exolunas aumentará en gran medida su capacidad para encontrar signos potenciales de vida!
