El campo de los estudios de planetas extrasolares ha crecido exponencialmente en los últimos 20 años. Gracias a misiones como Kepler, el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) y otros observatorios dedicados, los astrónomos han confirmado 5.690 exoplanetas en 4.243 sistemas estelares.
Con tantos planetas y sistemas disponibles para estudiar, los científicos se han visto obligados a reconsiderar muchas nociones previas sobre la formación y evolución de los planetas y qué condiciones son necesarias para la vida. En este último caso, los científicos han estado repensando el concepto de Zona Habitable Circumsolar (CHZ).
Por definición, un CHZ es la región alrededor de una estrella donde un planeta en órbita sería lo suficientemente cálido como para mantener agua líquida en su superficie. A medida que las estrellas evolucionan con el tiempo, su resplandor y calor aumentarán o disminuirán dependiendo de su masa, alterando los límites del CHZ.
En un estudio reciente, un equipo de astrónomos del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) examinó cómo la evolución de las estrellas afecta a sus emisiones ultravioleta. Dado que la luz ultravioleta parece importante para el surgimiento de la vida tal como la conocemos, consideraron cómo se podría entrelazar la evolución de la zona habitable ultravioleta (UHZ) de una estrella y su CHZ.
El equipo de investigación estuvo dirigido por Riccardo Spinelli, investigador del INAF del Observatorio Astronómico de Palermo. Lo acompañaron astrónomos del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN), la Universidad de Insubria y el Observatorio Astronómico de Brera.
Su artículo, «La evolución temporal de la zona habitable ultravioleta», se publicó recientemente en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.
Como Spinelli le dijo a Universe Today por correo electrónico, la UHZ es la región anular alrededor de una estrella donde un planeta recibe suficiente radiación ultravioleta para desencadenar la formación de precursores de ARN, pero no tanta como para destruir biomoléculas. «Esta zona depende principalmente de la luminosidad ultravioleta de la estrella, que disminuye con el tiempo», dijo. «Como resultado, la zona habitable ultravioleta está más alejada de la estrella durante las primeras etapas de su evolución y gradualmente se acerca a la estrella a medida que pasa el tiempo».
Como saben los astrónomos desde hace algún tiempo, las CHZ también están sujetas a evolución, debido a cambios en la luminosidad y la producción de calor de la estrella, que aumentan o disminuyen con el tiempo dependiendo de la masa de la estrella. Abordar la interacción de estas dos zonas habitables podría arrojar luz sobre qué exoplanetas tienen más probabilidades de ser «potencialmente habitables» para la vida tal como la conocemos.
Como explicó Spinelli: «Todavía no sabemos exactamente cómo se originó la vida en la Tierra, pero tenemos algunas pistas que sugieren que la radiación ultravioleta (UV) puede haber jugado un papel crucial. Estudios experimentales, como el realizado por Paul Rimmer y John Sutherland en 2018, proporcionan información importante. En su experimento, Rimmer y Sutherland expusieron iones de cianuro de hidrógeno y sulfito de hidrógeno en agua a la luz ultravioleta y descubrieron que esta exposición desencadenaba de manera eficiente la formación de precursores de ARN.
«Sin luz ultravioleta, la misma mezcla dio como resultado un compuesto inerte que no podría formar los componentes básicos de la vida. Además, el ARN demuestra resistencia al daño de la radiación ultravioleta, lo que indica que probablemente se formó en un ambiente rico en rayos ultravioleta. De hecho, los rayos ultravioleta La radiación era una de las fuentes más abundantes de energía libre de químicos en la superficie de la Tierra primitiva, lo que sugiere que podría haber jugado un papel crucial en el surgimiento de la vida».
Para sus propósitos, Spinelli y sus colegas intentaron determinar si (y durante cuánto tiempo) la CHZ y la UVZ se superpondrían, facilitando así el surgimiento de la vida. Con este fin, el equipo analizó datos del Telescopio Óptico/Ultravioleta Swift (UVOT) de la NASA para medir la luminosidad UV actual de estrellas con exoplanetas que residen en el HZ «clásico».
Luego consultaron datos del Galaxy Evolution Explorer (GALEX) de la NASA, un telescopio espacial en órbita que ha estado observando galaxias a hasta 10 mil millones de años de distancia en la longitud de onda ultravioleta.
Desde GALEX incorporaron cómo evolucionan los grupos en movimiento de estrellas jóvenes en términos de su luminosidad cercana al UV. «Para estimar la evolución en el tiempo de la zona habitable ultravioleta, utilizamos los resultados obtenidos por Richey-Yowell et al. 2023», dijo Spinelli. «En este trabajo, los autores derivaron una evolución promedio de la luminosidad UV para cada tipo de estrella. En nuestro trabajo, reconstruimos la evolución del brillo UV de estrellas que albergan planetas en la zona habitable clásica combinando la evolución promedio derivada de Richey-Yowell et al. 2023 y las mediciones realizadas con el Telescopio Swift.»
A partir de esto, determinaron que existe una superposición entre la evolución de las CHZ y las UHZ. Estos resultados fueron especialmente significativos para las estrellas de tipo M (enanas rojas), donde se han encontrado muchos planetas rocosos orbitando dentro de sus CHZ. Investigaciones anteriores, que incluyen un artículo de 2023 de Spinelli y muchos de los mismos colegas, han sugerido que las estrellas enanas M no reciben actualmente radiación ultravioleta cercana para sustentar la química prebiótica necesaria para el surgimiento de la vida. Sin embargo, sus conclusiones en este último artículo contradicen sus hallazgos anteriores.
Spinelli dijo: «Afirmamos que, al examinar la evolución de la luminosidad NUV en enanas M, la mayoría de estas estrellas frías son de hecho capaces de emitir una cantidad apropiada de fotones NUV durante los primeros 1 a 2 mil millones de años de sus vidas para desencadenar la formación de importantes componentes básicos de la vida.
«Nuestros resultados sugieren que las condiciones para el inicio de la vida (según la vía prebiótica específica que consideramos) pueden ser o haber sido comunes en la galaxia. De hecho, en este trabajo, demostramos que una intersección entre la zona habitable clásica y la zona habitable ultravioleta podría existir (o podría haber existido) alrededor de todas las estrellas de nuestra muestra en diferentes etapas de su vida, con la excepción de las enanas M más frías (temperatura inferior a 2.800 K, en particular Trappist-1 y la estrella de Teegarden). «
Si bien pueden ser un poco decepcionantes para aquellos que esperan encontrar vida en algunos de los siete planetas rocosos de TRAPPIST-1, son un buen augurio para otras estrellas de tipo M que albergan planetas rocosos en sus HZ. Esto incluye el exoplaneta más cercano al sistema solar (Proxima b), Ross 128 b, Luyten b, Gliese 667 Cc y Gliese 180 b, todos los cuales se encuentran a 40 años luz de la Tierra.
Estos hallazgos podrían tener implicaciones significativas para los estudios de astrobiología y exoplanetas, que han estado pasando del descubrimiento a la caracterización en los últimos años.
Estos campos se beneficiarán de telescopios de próxima generación como Webb, el telescopio espacial romano Nancy Grace y observatorios terrestres que permitirán estudios de imágenes directas de exoplanetas.
Con información de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (2024)
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