El borde exterior de la zona habitable, un lugar difícil para la vida

Erupción del volcán Sarychev en 2009. Crédito: NASA.

La Tierra se encuentra justo en el centro de la zona habitable alrededor del Sol y es un lugar cómodo para la vida que disfruta de un clima relativamente estable.

Sin embargo, una nueva investigación muestra un escenario drásticamente diferente para aquellos planetas que se encuentran en el borde exterior de las zonas habitables. Ese límite es un lugar peligroso para la vida, exhibiendo largas edades de hielo con periodos cortos de climas temperados, un escenario que sería desfavorable para el desarrollo de vida compleja similar a la animal.

Este ciclo climático, basado en cambios en el ciclo del carbono a largo plazo, fue examinado como parte de una investigación subvencionada por la NASA que busca determinar dónde surgen los límites de la zona habitable.

Ciclo del dióxido de carbono

Esta investigación se inspiró en un paper publicado en 2015 en Earth and Planetary Science Letters que explora lo que le sucede al ciclo del carbono-silicato en el borde de la zona habitable.

Normalmente, un planeta congelado se calentará si tiene volcanes que emitan dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, hacia la atmósfera. Los glaciares se derriten y el planeta se vuelve un lugar habitable. Una vez alcanzado ese punto, se cree que el clima del planeta se estabilizaría. Pero investigaciones recientes muestran que los planetas con altas concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera pueden regresar a una edad de hielo.

En dicho estado, el planeta erosiona más rápidamente sus rocas superficiales, debido a la alta acidez de la lluvia que ha sido enriquecida en el dióxido de carbono disuelto. Esto sería especialmente notable en los planetas que no tienen plantas. Con el tiempo, las rocas capturan tanto dióxido de carbono que el gas es mayormente removido de la atmósfera. El planeta se hace más frío y la superficie se vuelve a congelar, alcanzando una nueva edad de hielo hasta que los volcanes puedan liberar suficiente dióxido de carbono a la atmósfera para que nuevamente se calientemente de forma temporal.

En este nuevo trabajo, se extendió la investigación desarrollando un modelo con física más precisa y una representación explícita de la condensación del dióxido de carbono, que se convierte en un factor importante hacia el borde más frío y exterior de la zona habitable. También se analizó cómo este comportamiento depende del tipo de estrella que alberga al planeta.

Modelo extendido

Con el objetivo de hacer más fácil predecir dónde ocurrirían estos ciclos, se analizó diferentes tipos de estrellas. Con esto, la búsqueda de posibles planetas habitables se vuelve más eficiente, dado que se podría estimar la habitabilidad basándose en el tipo de estrella.

El modelo muestra que para las estrellas como el Sol (estrellas de tipo G), estos ciclos climáticos pueden ocurrir, pero solo en planetas que produce menos dióxido de carbono que la Tierra actual. Esto sugiere que la Tierra no está en riesgo de caer en ciclos tan peligrosos, pero la Tierra joven pudo haber experimentado tales eventos en su pasado. En estrellas enanas más pequeñas (tipos K y M), estos ciclos no ocurren debido a la forma en que la radiación de la estrella interactúa con el hielo de agua de la superficie.

El hielo de agua refleja mucho de la luz visible que lo impacta, pero con longitudes de onda infrarrojas más cortas (longitudes en que emiten principalmente las estrellas de tipo K o M) el hielo de agua es más absorbente. Esto permite que los planetas de estas estrellas se mantengan cálidos incluso en el borde de la zona habitable.

Ilustración de los bordes exteriores de tres zonas habitables. Crédito: NASA.

Sin embargo, temprano en el ciclo de vida de las estrellas de tipo M, estas estrellas son más calientes. Hay riesgo de que a menos que un planeta cerca de una de estas estrellas tenga suficiente agua, el agua se evaporaría debido a la cantidad de radiación infrarroja, incluso antes que la estrella se enfríe y estabilice.

El equipo también descubrió que las estrellas más calientes que la nuestra (como las de tipo F) emiten tanta luz visible que el hielo de agua de un planeta reflejaría gran parte de la radiación de la estrella, haciendo difícil que se caliente. El equipo sugiere que las estrellas tipo G y K serían las estrellas más habitables para aquellos planetas que se encuentran en el borde de las zonas.

Hay algunas incertidumbres en el modelo, no obstante. Los científicos no saben cuánto cambia la emisión volcánica con el paso del tiempo, así que usaron parámetros basados en la Tierra moderna.

Además se desconoce cómo se comporta un planeta deshabitado frente a un exceso de dióxido de carbono en la atmósfera. Los científicos calibraron el modelo al darse cuenta que la vida vegetal en la Tierra tiende a mantener el dióxido de carbono fijado al suelo. Esto sugiere que si toda la vida fuera removida de nuestro planeta, este carbono almacenado sería liberado y se sumaría al nivel total de dióxido de carbono en la atmósfera. Un planeta sin vida con una liberación de gases volcánicos menor que la de la Tierra en la actualidad, puede ser un mal objetivo donde buscar signos de vida. Sin embargo, nuestro planeta no se encuentra en el límite de la zona habitable, así que estos ciclos extremos y las edades de hielo no tendrían lugar aquí.

El estudio “Limit cycles can reduce the width of the habitable zone” será publicado por The Astrophysical Journal.

Fuente: Phys.org