Algunos planetas potencialmente habitables podrían comenzar como mini-Neptunos

Evolución de un mini-Neptuno que pierde su envoltura gaseosa y se convierte en un planeta similar a la Tierra. Crédito: Rodrigo Luger/NASA.

Dos fenómenos conocidos por inhibir el potencial de habitabilidad de los planetas –las fuerzas de marea y la actividad estelar enérgica– pueden ayudar a incrementar la posibilidad de que exista vida en algunos planetas que orbitan estrellas de masa baja.

En un nuevo estudio, el estudiante de doctorado Rodrigo Luger y el profesor Rory Barnes de la Universidad de Washington, dicen que las dos fuerzas podrían combinarse para transformar “mini Neptunos” inhabitables –planetas grandes en órbitas exteriores con núcleos sólidos y atmósferas gruesas de hidrógeno– en mundos potencialmente habitables más cercanos a su estrella.

La mayoría de las estrellas en nuestra galaxia son de masa baja. Estas estrellas más pequeñas y tenues que el Sol con zonas habitables cercanas a ellas, llamadas estrellas enanas M, son buenos objetivos para buscar y estudiar planetas potencialmente habitables. Los astrónomos esperan encontrar muchos planetas similares a la Tierra y “súper-Tierras” en las zonas habitables de estas estrellas durante los próximos años, por lo que es importante saber si podrían soportar vida.

Las súper-Tierras son planetas con más masa que el nuestro, pero más pequeños que los gigantes de gas como Neptuno y Urano. La zona habitable es la franja de espacio alrededor de una estrella donde puede existir agua líquida en la superficie de en un planeta rocoso que orbite la estrella, dando quizás una oportunidad a la vida.

“Hay muchos procesos que son insignificantes en la Tierra pero que pueden afectar la habitabilidad de los planetas de enanas M”, dijo Luger. “Dos importantes son los efectos de mareas fuertes y la actividad estelar enérgica”.

La fuerza de marea es el tirón gravitacional que ejerce una estrella sobre un planeta en órbita, y es más fuerte en el lado del planeta que está frente a la estrella que en el lado opuesto, dado que los efectos de la gravedad disminuyen con la distancia. Esta fuerza puede estirar un mundo en una forma elipsoidal o “de huevo” y posiblemente causar que migre más cerca de su estrella.

“Esta es la razón de que tengamos mareas en los océanos de la Tierra, ya que las fuerzas de marea de la Luna y el Sol pueden tirar de los océanos”, creando lo que conocemos como marea alta, dijo Luger. En la Tierra solo es el agua en los océanos lo que es deformado, y solo unos pocos metros, pero en planetas más cerca de su estrella –como los que se encuentran en las zonas habitables de enanas M– experimentan fuerzas de marea mucho más fuertes.

Este estiramiento causa fricción en el interior de un planeta, lo que emite grandes cantidades de energía. Esto puede conducir a vulcanismo en la superficie y en algunos casos puede calentar el planeta y llevarlo a un estado de efecto invernadero desbocado, evaporando sus océanos y toda posibilidad de habitabilidad.

La actividad estelar fuerte también puede destruir cualquier posibilidad de vida en los planetas que orbitan estrellas de masa baja. Las enanas M son muy brillantes cuando jóvenes y emiten muchos rayos X de alta energía y radiación ultravioleta que pueden calentar la atmósfera superior de un planeta, provocando fuertes vientos que pueden arrancar completamente la atmósfera. En un artículo reciente, Luger y Barnes demostraron que toda el agua superficial de un planeta puede perderse debido a dicha actividad estelar durante los primeros cientos de millones de años tras su formación.

“Pero las cosas no son necesariamente tan sombrías como pueden sonar”, dijo Luger. Usando modelos de computador, los autores descubrieron que algunas veces las fuerzas de marea y el escape atmosférico pueden transformar planetas que comenzaron como mini-Neptunos en mundos no gaseosos y potencialmente habitables.

¿Cómo ocurre esta transformación?

Generalmente, los mini-Neptunos se forman lejos de sus estrellas, con moléculas de hielo que se unen a hidrógeno y helio gaseosos en grandes cantidades para formar núcleos de hielo y roca rodeados por atmósferas gaseosas masivas.

Comparación entre la Tierra y un “mini-Neptuno”. Crédito: H. Lammer.

Inicialmente son mundos helados e inhóspitos, pero los planetas no siempre se mantienen en sus lugares de origen; las fuerzas de marea y otros procesos pueden hacer que un planeta se acerque a la estrella. Esto puede llevar los mini-Neptunos hacia las zonas habitables de sus estrellas, donde se exponen a niveles mucho más altos de rayos X y radiación ultravioleta.

Esto puede llevar a una pérdida rápida de los gases atmosféricos hacia el espacio, en ocasiones dejando un mundo rocoso libre de hidrógeno en la zona habitable. Los autores llaman a estos planetas “núcleos evaporados habitables”.

“Es probable que tal planeta tenga abundante agua superficial, dado que su núcleo es rico en hielo de agua. Una vez en la zona habitable, este hielo puede derretirse y formar océanos”, indicó Luger.

Barnes y Luger señalan que se necesita muchas otras condiciones para que estos planetas se vuelvan habitables. Una es el desarrollo de una atmósfera correcta para crear y reciclar nutrientes a nivel global.

Otra condición es el tiempo. Si la pérdida de hidrógeno y helio es demasiado lenta mientras un planeta se forma, una envoltura gaseosa prevalecería y es posible que no se forme un planeta terrestre. Si el mundo pierde hidrógeno con demasiada rapidez, podría resultar en un estado de invernadero descontrolado, perdiendo toda el agua al espacio.

La conclusión, señaló Luger, es que la transformación de un mini-Neptuno en un planeta similar a la Tierra podría ser un camino para la formación de mundos habitables alrededor de enanas M. Si serán o no verdaderamente habitables deberá ser resuelto mediante más investigaciones.

“De cualquier manera, estos núcleos evaporados probablemente están allí fuera, en las zonas habitables de estas estrellas, y podrían ser descubiertos en los próximos años”, dijo Luger.

El estudio “Habitable Evaporated Cores: Transforming Mini-Neptunes into Super-Earths in the Habitable Zones of M Dwarfs” fue publicado en la edición de febrero de 2015 de la revista Astrobiology.

Fuente: Phys.org