Cuando pensamos en exoplanetas que podrían albergar vida, nos centramos en la zona habitable. Una zona habitable es una región alrededor de una estrella donde los planetas reciben suficiente energía estelar para tener agua líquida en la superficie. Es un primer paso algo rudimentario pero útil cuando se examinan miles de exoplanetas.
Sin embargo, la habitabilidad implica mucho más que eso.
En un entorno estelar denso, los planetas en zonas habitables tienen que lidiar con más que su estrella anfitriona. Los sobrevuelos estelares y las supernovas en explosión pueden expulsar a los exoplanetas de la zona habitable de sus sistemas solares e incluso destruir sus atmósferas o los planetas mismos.
Una nueva investigación examina las amenazas que enfrentan los planetas de la zona habitable en nuestro vecindario estelar. El estudio se titula «El vecindario del 10 por ciento de los sistemas exoplanetarios de la zona habitable: evaluación de amenazas a partir de encuentros estelares y supernovas», y ha sido aceptado para su publicación en The Astronomical Journal. Actualmente aparece en el servidor de preimpresión de arXiv. El autor principal es Tisyagupta Pyne, del Centro de Investigación y Educación Científica Integrada de la Universidad Visva-Bharati en la India.
Los investigadores examinaron las regiones de 10 parsecs alrededor de los 84 sistemas solares con exoplanetas en la zona habitable. Algunos de estos sistemas de la zona habitable (HZS) enfrentan riesgos de estrellas fuera de los sistemas solares. ¿Cómo afectan estos riesgos a su habitabilidad? ¿Qué significa esto para nuestra noción de la zona habitable?
«Entre las más de 4.500 estrellas que albergan exoplanetas, se sabe que más de 140 albergan planetas en sus zonas habitables», escriben los autores. «Evaluamos los posibles riesgos que el entorno estelar local de estos HZS plantea a su habitabilidad».
Tenemos más de 150 exoplanetas confirmados en zonas habitables y, a medida que avanza la ciencia de los exoplanetas, los científicos están desarrollando una comprensión más detallada de lo que significa «zona habitable». Los científicos utilizan cada vez más los términos «zona habitable conservadora» y «zona habitable optimista».
La zona habitable optimista se define como las regiones que reciben menos radiación de su estrella que la que recibió Venus hace mil millones de años y más que la que recibió Marte hace 3.800 millones de años. Los científicos creen que tanto Venus reciente (RV) como Marte temprano (EM) probablemente tenían agua superficial.
La zona habitable conservadora es una definición más estricta. Es una región más estrecha alrededor de una estrella donde un exoplaneta podría tener agua superficial. Está definida por un borde interior de invernadero desbocado donde el flujo estelar vaporizaría el agua superficial y un borde exterior de invernadero máximo donde el efecto invernadero del dióxido de carbono está dominado por la dispersión de Rayleigh.
Se trata de definiciones científicas útiles hasta cierto punto. Pero ¿qué pasa con los entornos estelares habitables? En los últimos años, los científicos han aprendido mucho sobre cómo se comportan las estrellas, las características de los exoplanetas y cómo ambos están entrelazados.
«El descubrimiento de numerosos planetas extrasolares ha revelado una gran variedad de características estelares y planetarias, lo que hace que las comparaciones sistemáticas sean cruciales para evaluar la habitabilidad y el potencial de vida más allá de nuestro sistema solar», escriben los autores.
Para realizar estas comparaciones sistemáticas necesarias, los investigadores desarrollaron dos métricas: el Índice de Similitud Solar (SSI) y el Índice de Similitud de Vecindad (NSI). Dado que las estrellas de la secuencia principal como nuestro Sol son propicias para la habitabilidad, el SSI compara las propiedades de nuestro sistema solar con las de otras HZ. El NSI compara las propiedades de las estrellas en una región de 10 parsecs alrededor del Sol con la región del mismo tamaño alrededor de otras HZS.
Estos índices colocan las zonas habitables en un contexto más amplio.
«Si bien el concepto de HZ es vital en la búsqueda de mundos habitables, el entorno estelar del planeta también juega un papel importante en la determinación de la longevidad y el mantenimiento de la habitabilidad», escriben los autores. «Los estudios han demostrado que una alta tasa de eventos catastróficos, como las supernovas y los encuentros estelares cercanos en regiones de alta densidad estelar, no favorece la evolución de formas de vida complejas ni el mantenimiento de la habitabilidad durante largos períodos».
Cuando la radiación y las partículas de alta energía de una fuente distante alcanzan un planeta en una zona habitable, pueden causar graves daños a planetas similares a la Tierra. Las supernovas son una fuente peligrosa de radiación y partículas, y si una explotara lo suficientemente cerca de la Tierra, eso sería el fin de la vida. Los científicos saben que las supernovas antiguas han dejado su huella en la Tierra, pero ninguna de ellas estuvo lo suficientemente cerca como para destruir la atmósfera.
«Nuestro objetivo principal es investigar los efectos de las supernovas en las atmósferas de los exoplanetas o exolunas, suponiendo que sus atmósferas sean similares a la de la Tierra», escriben los autores.
El primer factor es la densidad estelar. Cuantas más estrellas haya en un entorno estelar, mayor será la probabilidad de explosiones de supernovas y sobrevuelos estelares.
«Los impactos astrofísicos del entorno estelar son un escenario de ‘baja probabilidad y altas consecuencias’ para la continuación de la habitabilidad de los exoplanetas», escriben los autores. Aunque los eventos disruptivos como las explosiones de supernovas o los sobrevuelos estelares cercanos son poco probables, las consecuencias pueden ser tan graves que la habitabilidad se elimine por completo.
En lo que respecta a la amenaza de las supernovas, los investigadores analizaron las estrellas de gran masa en los vecindarios estelares, ya que solo las estrellas masivas explotan. Pyne y sus colegas encontraron estrellas de alta masa, con más de ocho masas solares, en los vecindarios de 10 parsecs de dos HZS: TOI-1227 y HD 48265.
«Estas estrellas de alta masa son potenciales progenitoras de explosiones de supernovas», explican los autores.
Solo una de las HZS está en riesgo de un sobrevuelo estelar. HD 165155 tiene una tasa de encuentro de ≥1 en un período de 5 mil millones de años. Eso significa que tiene un mayor riesgo de encontrarse con otra estrella que podría expulsar planetas de su zona habitable.
El par de índices del equipo, el SSI y el NSI, produjeron resultados divergentes: «… encontramos que los entornos estelares de la mayoría de las HZS exhiben un alto grado de similitud (NSI > 0,75) con el vecindario solar», explican los investigadores. Sin embargo, debido a la amplia variedad de estrellas en las HZS, compararlas con el Sol da como resultado una amplia gama de valores de SSI.
Sabemos el peligro que suponen las explosiones de supernovas para la habitabilidad. La explosión inicial de radiación podría matar cualquier cosa que se encuentre demasiado cerca de la superficie de un planeta. La radiación continua podría eliminar las atmósferas de algunos planetas más alejados y también podría causar daños en el ADN de cualquier forma de vida expuesta a ella.
En el caso de los planetas que están más lejos de la explosión, la supernova podría alterar su clima y provocar extinciones. No se sabe con absoluta certeza a qué distancia debe estar un planeta para evitar la devastación, pero muchos científicos dicen que, a menos de 50 años luz, es probable que un planeta esté acabado.
Podemos ver los resultados de algunos de los sobrevuelos estelares que están considerando los autores. Los planetas rebeldes, o planetas que flotan libremente (FPP, por sus siglas en inglés), probablemente se encuentren en su desventurada situación precisamente porque un intruso estelar se acercó demasiado a su HZS y alteró las relaciones gravitacionales entre los planetas y sus estrellas.
No sabemos cuántos de estos FPP hay en la Vía Láctea, pero podría haber muchos miles de millones de ellos. Los telescopios futuros, como el telescopio espacial Nancy Grace Roman, nos ayudarán a entender cuántos hay realmente.
La habitabilidad puede ser fugaz y nuestro planeta puede ser la excepción. Es posible que la vida aparezca en muchos planetas en zonas habitables, pero no puede durar mucho debido a varios factores. Desde una gran distancia, no podemos detectar todas las variables que intervienen en la habitabilidad de los exoplanetas.
Sin embargo, podemos obtener una comprensión de los entornos estelares en los que existen exoplanetas potencialmente habitables, y esta investigación nos muestra cómo.
Con información de arXiv
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