Hace unos meses, un grupo de astrónomos de exoplanetas de la NASA, que se dedican a descubrir planetas alrededor de otras estrellas, me convocó a una reunión secreta para contarme sobre un planeta que había captado su interés.
Escrito por Ravi Kumar Kopparapu
Debido a que mi experiencia radica en modelar el clima de exoplanetas, me pidieron que averiguara si este nuevo planeta era habitable, un lugar donde podría existir agua líquida.
Estos colegas de la NASA, Josh Schlieder y sus estudiantes Emily Gilbert, Tom Barclay y Elisa Quintana, habían estado estudiando datos de TESS (Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito) cuando descubrieron lo que podría ser el primer planeta conocido de TESS del tamaño de la Tierra en una zona donde hay agua líquida. podría existir en la superficie de un planeta terrestre. Esta es una noticia muy emocionante porque este nuevo planeta está relativamente cerca de la Tierra y es posible observar su atmósfera con el telescopio espacial James Webb o con grandes telescopios terrestres.
Planetas de la zona habitable
La estrella anfitriona del planeta que descubrió el equipo de Gilbert se llama TESS of Interest número 700, o TOI-700. Comparado con el Sol, es una estrella pequeña y tenue. Tiene un 40% del tamaño, solo alrededor de 1/50 del brillo del Sol y se encuentra a unos 100 años luz de la Tierra en la constelación Dorado, que es visible desde nuestro hemisferio sur. A modo de comparación, la estrella más cercana a nosotros, Proxima Centauri, está a 4,2 años luz de la Tierra. Para tener una idea de estas distancias, si viajara en la nave espacial más rápida (Parker Solar Probe) para llegar a Proxima Centauri, tomaría casi 20.000 años.
Hay tres planetas alrededor de TOI-700: b, cy d. El planeta d tiene el tamaño de la Tierra, se encuentra dentro de la zona habitable de la estrella y orbita TOI-700 cada 37 días. Mis colegas querían que creara un modelo climático para el Planeta d utilizando las propiedades conocidas de la estrella y el planeta. Los planetas byc son del tamaño de la Tierra y del tamaño de mini Neptuno, respectivamente. Sin embargo, orbitan mucho más cerca de su estrella anfitriona, recibiendo 5 veces y 2,6 veces la luz estelar que nuestra propia Tierra recibe del Sol. A modo de comparación, Venus, un mundo seco e infernalmente caliente con una temperatura superficial de aproximadamente 860 grados Fahrenheit, recibe el doble de la luz solar de la Tierra.
Hasta hace aproximadamente una década, los astrónomos solo conocían dos planetas de zonas habitables de cualquier tamaño: la Tierra y Marte. Sin embargo, en la última década, gracias a los descubrimientos realizados a través de telescopios terrestres y la misión Kepler (que también buscó exoplanetas de 2009 a 2019, pero ahora está retirada), los astrónomos han descubierto alrededor de una docena de exoplanetas de tamaño terrestre. Estos son entre la mitad y dos veces más grandes que la Tierra dentro de las zonas habitables de sus estrellas anfitrionas.
A pesar del número relativamente grande de pequeños descubrimientos de exoplanetas hasta la fecha, la mayoría de las estrellas se encuentran entre 600 y 3000 años luz de distancia de la Tierra, demasiado lejos y tenue para una observación de seguimiento detallada.
TESS ha descubierto su primer planeta del tamaño de la Tierra en la zona habitable de su estrella, el rango de distancias donde las condiciones pueden ser las adecuadas para permitir la presencia de agua líquida en la superficie.
¿Por qué el agua líquida es importante para la habitabilidad?
A diferencia de Kepler, la misión de TESS es buscar planetas alrededor de los vecinos más cercanos del Sol: aquellos lo suficientemente brillantes para observaciones de seguimiento.
Entre abril de 2018 y ahora, TESS descubrió más de 1,500 candidatos a planetas. La mayoría son más del doble del tamaño de la Tierra con órbitas de menos de 10 días. La Tierra, por supuesto, tarda 365 días en orbitar alrededor de nuestro Sol. Como resultado, los planetas reciben significativamente más calor del que la Tierra recibe del Sol y están demasiado calientes para que exista agua líquida en la superficie.
El agua líquida es fundamental para la habitabilidad. Proporciona un medio para que los productos químicos interactúen entre sí. Si bien es posible que exista vida exótica a presiones más altas o temperaturas más altas, como los extremófilos que se encuentran cerca de los respiraderos hidrotermales o los microbios que se encuentran a media milla debajo de la capa de hielo de la Antártida occidental, esos descubrimientos fueron posibles porque los humanos pudieron hacerlo directamente. sondear esos ambientes extremos. No habrían sido detectables desde el espacio.
Cuando se trata de encontrar vida, o incluso condiciones habitables, más allá de nuestro sistema solar, los humanos dependen completamente de observaciones remotas. El agua líquida superficial puede crear condiciones habitables que potencialmente pueden promover la vida. Estas formas de vida pueden interactuar con la atmósfera de arriba, creando biofirmas detectables de forma remota que los telescopios terrestres pueden detectar. Estas biofirmas podrían ser composiciones de gases similares a las de la Tierra (oxígeno, ozono, metano, dióxido de carbono y vapor de agua), o la composición de la Tierra antigua hace 2.700 millones de años (principalmente metano y dióxido de carbono, y sin oxígeno).
Conocemos uno de esos planetas donde esto ya ha sucedido: la Tierra. Por lo tanto, el objetivo de los astrónomos es encontrar aquellos planetas que sean del tamaño de la Tierra, orbitando a esas distancias de la estrella donde el agua podría existir en forma líquida en la superficie. Estos planetas serán nuestros objetivos principales para buscar mundos habitables y firmas de vida fuera de nuestro sistema solar.
Climas posibles para el planeta TOI-700 d
Para demostrar que TOI-700 d es real, el equipo de Gilbert necesitaba confirmar usando datos de un tipo diferente de telescopio. TESS detecta planetas cuando se cruzan frente a la estrella, provocando una caída en la luz de las estrellas. Sin embargo, estas caídas también podrían ser creadas por otras fuentes, como ruido instrumental espurio o estrellas binarias en el fondo eclipsando entre sí, creando señales falsas positivas. Joey Rodríguez, del Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard, hizo observaciones independientes. Rodríguez y su equipo confirmaron la detección TESS de TOI-700 d con el telescopio Spitzer y eliminaron cualquier duda restante de que se trata de un planeta genuino.
Mi estudiante Gabrielle Engelmann-Suissa y yo usamos nuestro software de modelado para averiguar qué tipo de clima podría existir en el planeta TOI-700 d. Debido a que aún no sabemos qué tipo de gases puede tener este planeta en su atmósfera, usamos nuestros modelos climáticos para explorar posibles combinaciones de gases que sustentarían océanos líquidos en su superficie. Engelmann-Suissa, con la ayuda de mi colaborador Eric Wolf, probó varios escenarios, incluida la atmósfera actual de la Tierra (77% de nitrógeno, 21% de oxígeno, metano y dióxido de carbono restantes), la composición de la atmósfera de la Tierra hace 2.700 millones de años (principalmente metano y dióxido de carbono) e incluso una atmósfera marciana (mucho dióxido de carbono) como posiblemente existía hace 3.500 millones de años.
Basándonos en nuestros modelos, encontramos que si la atmósfera del planeta TOI-700 d contiene una combinación de metano o dióxido de carbono o vapor de agua, el planeta podría ser habitable. Ahora nuestro equipo necesita confirmar estas hipótesis con el telescopio espacial James Webb.
Extraños mundos nuevos y sus climas
Las simulaciones climáticas que nuestro equipo de la NASA ha completado sugieren que una atmósfera y una presión de gas similares a la de la Tierra no son adecuadas para soportar agua líquida en su superficie. Si ponemos la misma cantidad de gases de efecto invernadero que tenemos en la Tierra en TOI-700 d, la temperatura de la superficie de este planeta aún estaría por debajo del punto de congelación.
Nuestra propia atmósfera sostiene ahora un océano líquido en la Tierra porque nuestra estrella es bastante grande y más brillante que TOI-700. Una cosa es segura: todos los modelos de nuestros equipos indican que los climas de los planetas alrededor de estrellas pequeñas y tenues como TOI-700 son muy diferentes a los que vemos en nuestra Tierra.
El campo de los exoplanetas se encuentra ahora en una era de transición desde su descubrimiento hasta la caracterización de sus atmósferas. En la historia de la astronomía, las nuevas técnicas permiten nuevas observaciones del universo que incluyen sorpresas como el descubrimiento de Júpiter calientes y mini Neptuno, que no tienen equivalente en nuestro sistema solar. El escenario ahora está listo para observar las atmósferas de estos planetas para ver cuáles tienen condiciones que apoyan la vida.
Ravi Kumar Kopparapu, científico investigador de estudios planetarios, NASA.
Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.