La búsqueda de vida más allá de la Tierra comienza en zonas habitables, las regiones alrededor de las estrellas donde las condiciones podrían permitir que el agua líquida, que es esencial para la vida tal como la conocemos, se acumule en la superficie de un planeta. Una nueva investigación de la NASA sugiere que algunas de estas zonas podrían no ser capaces de albergar vida debido a las frecuentes erupciones estelares, que arrojan enormes cantidades de material estelar y radiación al espacio, de las jóvenes estrellas enanas rojas.

Ahora, un equipo interdisciplinario de científicos de la NASA quiere expandir cómo se definen las zonas habitables, teniendo en cuenta el impacto de la actividad estelar, que puede amenazar la atmósfera de un exoplaneta con la pérdida de oxígeno. Esta investigación fue publicada en el Cartas de revistas astrofísicas el 6 de febrero, 2017.

"Si queremos encontrar un exoplaneta que pueda desarrollar y sustentar la vida, debemos averiguar qué estrellas son los mejores padres, "dijo Vladimir Airapetian, autor principal del artículo y científico solar en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Nos estamos acercando a comprender qué tipo de estrellas madre necesitamos".

Para determinar la zona habitable de una estrella, Los científicos han considerado tradicionalmente la cantidad de calor y luz que emite la estrella. Las estrellas más masivas que nuestro sol producen más calor y luz, por lo que la zona habitable debe estar más alejada. Menor, las estrellas más frías producen zonas habitables cercanas.

Pero junto con el calor y la luz visible, las estrellas emiten rayos X y radiación ultravioleta, y producen erupciones estelares como llamaradas y eyecciones de masa coronal, llamadas colectivamente clima espacial. Un posible efecto de esta radiación es la erosión atmosférica, en el que las partículas de alta energía arrastran moléculas atmosféricas, como hidrógeno y oxígeno, los dos ingredientes del agua:salir al espacio. El nuevo modelo de zonas habitables de Airapetian y su equipo ahora tiene en cuenta este efecto.

La búsqueda de planetas habitables a menudo se centra en las enanas rojas, ya que estos son los más geniales, las estrellas más pequeñas y numerosas del universo y, por lo tanto, relativamente susceptibles de ser detectadas por planetas pequeños.

"A la baja, Las enanas rojas también son propensas a erupciones estelares más frecuentes y poderosas que el sol, "dijo William Danchi, un astrónomo de Goddard y coautor del artículo. "Para evaluar la habitabilidad de los planetas alrededor de estas estrellas, necesitamos entender cómo se equilibran estos diversos efectos ".

Otro factor importante de habitabilidad es la edad de una estrella, dicen los científicos, según las observaciones que han recopilado de la misión Kepler de la NASA. Cotidiano, las estrellas jóvenes producen superbrillantes, llamaradas y erupciones poderosas al menos 10 veces más poderosas que las observadas en el sol. En sus mayores, contrapartes maduras que se asemejan a nuestro sol de mediana edad de hoy, estas superbrillantes solo se observan una vez cada 100 años.

"Cuando miramos a las enanas rojas jóvenes en nuestra galaxia, vemos que son mucho menos luminosos que nuestro sol hoy, "Airapetian dijo." Según la definición clásica, la zona habitable alrededor de las enanas rojas debe estar de 10 a 20 veces más cercana que la Tierra al sol. Ahora sabemos que estas estrellas enanas rojas generan una gran cantidad de rayos X y emisiones ultravioleta extremas en las zonas habitables de los exoplanetas a través de frecuentes llamaradas y tormentas estelares ".

Las super llamaradas causan erosión atmosférica cuando los rayos X de alta energía y las emisiones ultravioleta extremas primero rompen las moléculas en átomos y luego ionizan los gases atmosféricos. Durante la ionización, la radiación golpea los átomos y elimina los electrones. Los electrones son mucho más ligeros que los iones recién formados, por lo que escapan de la fuerza de la gravedad con mucha más facilidad y corren hacia el espacio.

Los opuestos se atraen, así que a medida que se generan más y más electrones cargados negativamente, crean una poderosa separación de carga que atrae iones cargados positivamente fuera de la atmósfera en un proceso llamado escape de iones.

"Sabemos que el escape de iones de oxígeno ocurre en la Tierra a menor escala, ya que el sol exhibe solo una fracción de la actividad de las estrellas más jóvenes, "dijo Alex Glocer, un astrofísico de Goddard y coautor del artículo. "Para ver cómo se escala este efecto cuando obtienes más entrada de alta energía como la que verías en las estrellas jóvenes, desarrollamos un modelo ".

El modelo estima el escape de oxígeno en planetas alrededor de enanas rojas, asumiendo que no se compensan con la actividad volcánica o el bombardeo de cometas. Varios modelos anteriores de erosión atmosférica indicaron que el hidrógeno es más vulnerable al escape de iones. Como elemento más ligero, el hidrógeno se escapa fácilmente al espacio, presumiblemente dejando atrás una atmósfera rica en elementos más pesados ​​como oxígeno y nitrógeno.

Pero cuando los científicos dieron cuenta de las super llamaradas, su nuevo modelo indica que las violentas tormentas de jóvenes enanas rojas generan suficiente radiación de alta energía para permitir el escape incluso de oxígeno y nitrógeno, componentes básicos de las moléculas esenciales de la vida.

"Cuantos más rayos X y energía ultravioleta extrema haya, Cuantos más electrones se generan y más fuerte se vuelve el efecto de escape de iones, "Dijo Glocer." Este efecto es muy sensible a la cantidad de energía que emite la estrella, lo que significa que debe desempeñar un papel importante a la hora de determinar qué es y qué no es un planeta habitable ".

Considerando solo el escape de oxígeno, el modelo estima que una enana roja joven podría hacer inhabitable un exoplaneta cercano en unas pocas decenas a cien millones de años. La pérdida de hidrógeno y oxígeno atmosféricos reduciría y eliminaría el suministro de agua del planeta antes de que la vida tuviera la oportunidad de desarrollarse.

"Los resultados de este trabajo podrían tener profundas implicaciones para la química atmosférica de estos mundos, "dijo Shawn Domagal-Goldman, un científico espacial de Goddard que no participó en el estudio. "Las conclusiones del equipo afectarán nuestros estudios en curso de misiones que buscarían signos de vida en la composición química de esas atmósferas".

Modeling the oxygen loss rate is the first step in the team's efforts to expand the classical definition of habitability into what they call space weather-affected habitable zones. When exoplanets orbit a mature star with a mild space weather environment, the classical definition is sufficient. When the host star exhibits X-ray and extreme ultraviolet levels greater than seven to 10 times the average emissions from our sun, then the new definition applies. The team's future work will include modeling nitrogen escape, which may be comparable to oxygen escape since nitrogen is just slightly lighter than oxygen.

The new habitability model has implications for the recently discovered planet orbiting the red dwarf Proxima Centauri, our nearest stellar neighbor. Airapetian and his team applied their model to the roughly Earth-sized planet, dubbed Proxima b, which orbits Proxima Centauri 20 times closer than Earth is to the sun.

Considering the host star's age and the planet's proximity to its host star, the scientists expect that Proxima b is subjected to torrents of X-ray and extreme ultraviolet radiation from superflares occurring roughly every two hours. They estimate oxygen would escape Proxima b's atmosphere in 10 million years. Adicionalmente, intense magnetic activity and stellar wind – the continuous flow of charged particles from a star – exacerbate already harsh space weather conditions. The scientists concluded that it's quite unlikely Proxima b is habitable.

"We have pessimistic results for planets around young red dwarfs in this study, but we also have a better understanding of which stars have good prospects for habitability, " Airapetian said. "As we learn more about what we need from a host star, it seems more and more that our sun is just one of those perfect parent stars, to have supported life on Earth."