Mediante un análisis matemático de varias docenas de exoplanetas, incluidos los planetas en el cercano sistema TRAPPIST-1, Quick y sus colegas aprendieron algo significativo: más de una cuarta parte de los exoplanetas que estudiaron podrían ser mundos oceánicos, y la mayoría posiblemente albergue océanos debajo de capas de hielo superficial, similar a Europa y Encelado. Además, muchos de estos planetas podrían estar liberando más energía que Europa y Encelado.
Un día, los científicos podrán probar las predicciones de Quick midiendo el calor emitido por un exoplaneta o detectando erupciones volcánicas o criovolcánicas (líquido o vapor en lugar de roca fundida) en las longitudes de onda de la luz emitida por las moléculas en la atmósfera de un planeta. Por ahora, los científicos no pueden ver muchos exoplanetas con ningún detalle. Por desgracia, están demasiado lejos y ahogadas por la luz de sus estrellas. Pero al considerar la única información disponible (tamaños de exoplanetas, masas y distancias de sus estrellas), científicos como Quick y sus colegas pueden aprovechar los modelos matemáticos y nuestra comprensión del sistema solar para tratar de imaginar las condiciones que podrían transformar los exoplanetas en mundos habitables o no.
Si bien las suposiciones que se incluyen en estos modelos matemáticos son suposiciones educadas, pueden ayudar a los científicos a reducir la lista de exoplanetas prometedores para buscar condiciones favorables para la vida para que el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA u otras misiones espaciales puedan seguir.
"Las futuras misiones para buscar signos de vida más allá del sistema solar se centran en planetas como el nuestro que tienen una biosfera global que es tan abundante que está cambiando la química de toda la atmósfera", dice Aki Roberge , un astrofísico Goddard de la NASA que colaboró con Quick on Este análisis. "Pero en el sistema solar, las lunas heladas con océanos, que están lejos del calor del Sol, todavía han demostrado que tienen las características que creemos que son necesarias para la vida".
Para buscar posibles mundos oceánicos, el equipo de Quick seleccionó 53 exoplanetas con tamaños más similares a la Tierra, aunque podrían tener hasta ocho veces más masa. Los científicos suponen que los planetas de este tamaño son más sólidos que gaseosos y, por lo tanto, tienen más probabilidades de soportar agua líquida sobre o debajo de sus superficies. Se han descubierto al menos 30 planetas más que se ajustan a estos parámetros desde que Quick y sus colegas comenzaron su estudio en 2017, pero no fueron incluidos en el análisis, que se publicó el 18 de junio en la revista Publications of the Astronomical Society of the Pacific.
Con sus planetas del tamaño de la Tierra identificados, Quick y su equipo buscaron determinar la cantidad de energía que cada uno podría generar y liberar como calor. El equipo consideró dos fuentes principales de calor. El primero, el calor radiogénico, se genera durante miles de millones de años por la lenta descomposición de los materiales radiactivos en el manto y la corteza de un planeta. Esa tasa de descomposición depende de la edad de un planeta y la masa de su manto. Otros científicos ya habían determinado estas relaciones para los planetas del tamaño de la Tierra. Entonces, Quick y su equipo aplicaron la tasa de desintegración a su lista de 53 planetas, suponiendo que cada uno tiene la misma edad que su estrella y que su manto ocupa la misma proporción del volumen del planeta que el manto de la Tierra.
Luego, los investigadores calcularon el calor producido por otra cosa: la fuerza de marea, que es la energía generada por el tirón gravitacional cuando un objeto orbita a otro. Los planetas en órbitas estiradas, o elípticas, cambian la distancia entre ellos y sus estrellas a medida que los rodean. Esto conduce a cambios en la fuerza gravitacional entre los dos objetos y hace que el planeta se estire, generando calor. Finalmente, el calor se pierde en el espacio a través de la superficie.
Una ruta de salida para el calor es a través de volcanes o criovolcanes. Otra ruta es a través de la tectónica, que es un proceso geológico responsable del movimiento de la capa rocosa o helada más externa de un planeta o luna. De cualquier forma que se descargue el calor, es importante saber cuánto empuja un planeta porque podría crear o romper la habitabilidad .
or ejemplo, demasiada actividad volcánica puede convertir un mundo habitable en una pesadilla fundida. Pero muy poca actividad puede detener la liberación de gases que forman una atmósfera, dejando una superficie fría y estéril. La cantidad justa es compatible con un planeta habitable y húmedo como la Tierra, o una luna posiblemente habitable como Europa .
En la próxima década, Europa Clipper de la NASA explorará la superficie y el subsuelo de Europa y proporcionará información sobre el medio ambiente debajo de la superficie. Mientras más científicos puedan aprender sobre Europa y otras lunas potencialmente habitables de nuestro sistema solar, mejor podrán comprender mundos similares alrededor de otras estrellas , lo que puede ser abundante, según los hallazgos de hoy.
"Las próximas misiones nos darán la oportunidad de ver si las lunas oceánicas de nuestro sistema solar podrían soportar la vida", dice Quick, que es miembro del equipo científico tanto en la misión Clipper como en la misión Libélula a la luna Titán de Saturno. "Si encontramos químicos firmas de la vida, podemos tratar de buscar signos similares a distancias interestelares ".
Cuando se lance Webb, los científicos intentarán detectar firmas químicas en las atmósferas de algunos de los planetas en el sistema TRAPPIST-1 , que está a 39 años luz de distancia en la constelación de Acuario. En 2017, los astrónomos anunciaron que este sistema tiene siete planetas del tamaño de la Tierra. Algunos han sugerido que algunos de estos planetas podrían ser acuosos, y las estimaciones de Quick respaldan esta idea. Según los cálculos de su equipo, TRAPPIST-1 e, f, gyh podrían ser mundos oceánicos, lo que los ubicaría entre los 14 mundos oceánicos que los científicos identificaron en este estudio.
Los investigadores predijeron que estos exoplanetas tienen océanos al considerar las temperaturas de la superficie de cada uno. Esta información se revela por la cantidad de radiación estelar que cada planeta refleja en el espacio. El equipo de Quick también tuvo en cuenta la densidad de cada planeta y la cantidad estimada de calentamiento interno que genera en comparación con la Tierra.
"Si vemos que la densidad de un planeta es más baja que la de la Tierra, eso es una indicación de que podría haber más agua allí y no tanta roca y hierro", dice Quick. Y si la temperatura del planeta permite el agua líquida, tienes un mundo oceánico.
"Pero si la temperatura de la superficie de un planeta es inferior a 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius), donde el agua está congelada", dice Quick, "entonces tenemos un mundo oceánico helado y las densidades de esos planetas son aún más bajas".
Otros científicos que participaron en este análisis con Quick y Roberge son Amy Barr Mlinar del Instituto de Ciencia Planetaria en Tucson, Arizona, y Matthew M. Hedman de la Universidad de Idaho en Moscú.
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