Las exolunas pueden ser una abundante fuente de habitabilidad

Europa. Crédito: NASA/JPL/Ted Stryk.

Con la información de casi 4 mil planetas candidatos que analizar por el Telescopio Espacial Kepler, los astrónomos están ocupados tratando de resolver preguntas sobre habitabilidad. ¿Qué tamaño deben tener los planetas para albergar vida? ¿Qué tan lejos deben estar de la estrella? ¿Qué composición deben tener sus atmósferas?

Sin embargo, si miramos nuestro sistema solar nos encontramos con un gran hueco en la información que necesitamos. La mayoría de planetas tienen lunas, por lo cual muy seguramente algunos de los planetas que ha encontrado Kepler también debe tener satélites orbitándolos. Encontrar estos pequeños mundos es un gran desafío.

Un trabajo publicado en la revista ‘Astrobiology’ llamado “Formation, Habitability and Detection of Extrasolar Moons” (Formación, habitabilidad y detección de lunas extrasolares), gira en torno a este inexplorado campo en la búsqueda extrasolar. Los científicos han recopilado un extenso número de estudios de las lunas más allá de nuestro sistema solar y han encontrado nuevos e intrigantes resultados.

En nuestro sistema solar existe un buen número de lunas que pueden albergar vida. En la helada Europa, que orbita Júpiter, se descubrieron recientemente varios géiseres en su superficie. Titán, luna de Saturno, es el único satélite natural conocido con atmósfera y puede tener los elementos precursores para la vida en sus mares de hidrocarburos, que son calentados por el mismo planeta. Otras candidatas para albergar vida extraterrestre son Calisto y Ganímedes, ambas en Júpiter, y Encélado, luna de Saturno.

El autor principal, René Helle, astrofísico en el Origins Institute de la Universidad McMaster en Ontario, Canadá, dijo que algunas exolunas podrían ser mejores candidatas que algunos exoplanetas.

“Las lunas tienen fuentes de energía separadas”, comentó. “Mientras que la habitabilidad en los planetas terrestres es determinada por su iluminación estelar, las lunas también reciben esta luz y emisión térmica de su planeta”.

Por otra parte, un planeta como Júpiter —que tiene la mayor cantidad de lunas que podrían albergar vida en nuestro sistema solar— suministra más fuentes potenciales de energía, añadió. El planeta aún se está encogiendo por lo cual convierte su energía gravitacional en calor, por lo tanto emite más luz del Sol de la que recibe, dando así una mayor iluminación. Además, las lunas que orbitan cerca de un gigante gaseoso son flexionadas por la gravedad del planeta, proveyendo un potencial calentamiento de marea que puede ser una fuente de calor interna y geológica.

Tritón. Crédito: NASA.

Encontrando las primeras exolunas

El primer obstáculo para poder estudiar lunas fuera del sistema solar es que primero debemos encontrar una. A comienzos del 2014, investigadores de la NASA reportaron el posible descubrimiento de una luna, pero esta aseveración fue ambigua y nunca pudo ser confirmada, debido a que se trató de un evento que solo se vio una vez, cuando una estrella pasó en frente de otra, actuando como un lente gravitacional que amplificó el fondo de la estrella. Dos objetos aparecieron en el primer plano del lente gravitacional, lo que podía indicar que se trataba de un planeta y una estrella o un planeta con una exoluna extremadamente pesada.

Heller está convencido que las exolunas se encuentran escondidas en la información del Kepler, pero que todavía no han sido descubiertas. Solo existe en la actualidad un proyecto dedicado a buscar exolunas, y es dirigido por David Kipping en la Agencia Espacial Canadiense. Su grupo ha publicado varios trabajos investigando 20 planetas de Kepler. La restricción para su trabajo es que necesita de súper computadores para realizar las simulaciones que requiere.

Otro factor limitante es el número de observatorios que pueden buscar exolunas. Para detectarlas se requiere un buen número de tránsitos del sistema planeta-luna a través de su estrella local, con lo cual se confirmaría que el acompañante es un satélite, explica Heller. Asimismo, el planeta con la luna debería estar relativamente lejos de la estrella y decididamente no cerca de los “Júpiter calientes” (planetas gaseosos que pueden hacer que su propia estrella se tambalee) que tardan unos pocos días en realizar su órbita. En esa zona, la gravedad de la estrella perturbaría fatalmente el tránsito de cualquier luna.

Heller estima que un telescopio debería mirar contantemente hacia el mismo lugar en el espacio por cientos de días, mínimo, para encontrar una exoluna. Kepler cumplió con esta obligación con holgura pues estuvo mirando hacia el mismo punto en el espacio por cuatro años, pero los astrónomos tendrán que esperar para tener esta oportunidad de nuevo.

Debido a que dos giroscopios del Kepler han fallado, su nueva misión será usar la presión del Sol para permanecer estable. Pero solo podrá observar hacia el mismo lugar por un espacio de ochenta días, ya que el telescopio tendrá que moverse periódicamente para evitar el riesgo de poner sus instrumentos ópticos muy cerca de nuestra estrella.

Se espera que el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito de la NASA pueda observar un campo por setenta días. Mirando más hacia el futuro, el PLATO (Tránsitos Planetarios y Observaciones), de la Agencia Espacial Europea, se lanzará en el 2024 y tendrá una misión de seis años mirando a diferentes puntos en el espacio.

“PLATO es el próximo paso, con una precisión comparable a la del Kepler, pero con un campo de vista mucho más grande y profundo”, dice Heller.

Representación artística de sistemas extrasolares. Crédito: ESA – C. Carreau.

Claves en nuestro sistema solar

Heller considera las lunas como una característica subestimada de los sistemas extrasolares. Solo al mirar alrededor de nosotros en el sistema solar, dice, los astrónomos han sido capaces de realizar explicaciones cruciales sobre cómo se formaron las lunas y cómo evolucionaron junto a sus planetas. Las lunas cargan por ende información sobre la subestructura de la evolución del planeta, lo cual no es accesible si solo se realizan observaciones a los planetas.

La luna de la Tierra, por ejemplo, probablemente se formó cuando un objeto del tamaño de Marte colisionó con la proto-Tierra y produjo un disco de escombros, el cual se fusionó para formar nuestro satélite.

Aunque Heller dice que la mayoría de los estudios se enfocan en los escenarios de la colisión entre la proto-Tierra y el objeto del tamaño de Marte, no ve ninguna razón para que estos choques no ocurran entre objetos a una escala mayor. Tal vez un objeto del tamaño de la Tierra chocó contra otro objeto con una masa cinco veces mayor, produciendo un sistema planetario extrasolar binario de dos Tierras, sugiere.

Otro posible escenario de colisión se dio en Urano. La rotación del gigante gaseoso está inclinada casi noventa grados en su órbita alrededor del Sol. En otras palabras, gira sobre su lado, al contrario de la Tierra. Aún más intrigante, las dos docenas de lunas de Urano siguen su ecuador rotacional y no orbitan en el mismo plano que lo hace Urano alrededor de nuestra estrella. Esto sugiere que Urano ha sido golpeado en múltiples ocasiones por objetos gigantescos y no solo una vez, dice Heller.

El examinar las lunas del poderoso Júpiter, dio a los astrónomos una visión de cómo había altas temperaturas en el disco que formó al gigante gaseoso y sus satélites, añade Heller. Ganímedes, por ejemplo, es una luna helada. Los modelos indican que más allá de la órbita de esta luna, es suficientemente frío para que el agua pase de estado gaseoso a sólido, así que los satélites de estas regiones son más ricos en agua comparados con las lunas más interiores y rocosas, Ío y Europa.

“Suena un poco técnico, pero no podríamos haber conseguido esta información sobre la acreción planetaria si no tuviéramos lunas que observar en la actualidad”, comenta Heller.

Algunas lunas también podrían haber sido capturadas, como el satélite más grande de Neptuno: Tritón. La luna orbita en dirección opuesta a las demás del sistema neptuniano (y, de hecho, en sentido contrario a las otras lunas grandes del sistema solar). Además, su irregular terreno sugiere que había sido un objeto libre hasta que fue atrapado por la gravedad de Neptuno. Este planeta es tan grande que ha levantado mareas en la luna, reformando su superficie.

El telescopio Kepler. Crédito: NASA/Ames/JPL-Caltech.

Aun comparando los diferentes tipos de lunas alrededor de los planetas en nuestro sistema solar revela diferentes escalas de tiempo de formación. Júpiter tiene cuatro satélites que son similares al tamaño de nuestra luna (Europa, Calisto, Ganímedes e Ío), mientras que el siguiente planeta más grande de nuestro sistema solar, Saturno, solo tiene una luna grande llamada Titán. Los astrónomos creen que Saturno solo tiene un satélite grande debido a que el gas que formó los objetos en nuestro sistema solar era más abundante en el sistema de Júpiter para proveer mayor material a las lunas para que se formaran.

La abundancia del gas ocurrió como consecuencia del vacío que creó el gigante gaseoso en el material que rodeaba nuestro joven Sol, atrayendo el material para sus lunas. Saturno no era lo suficientemente grande para hacer esto, y como resultado tiene menos satélites.

Más situaciones extrañas pueden ocurrir más allá de los límites de nuestro sistema solar, pero será necesario realizar una búsqueda dedicada para encontrar exolunas. Una vez sean descubiertas, permitirán llevar los estudios de la formación y evolución de sus planetas a un nuevo nivel.

Fuente: Astrobiology Magazine