Para buscar vida en el espacio exterior, los astrónomos primero necesitan saber dónde buscar. Un nuevo estudio de la Universidad Northwestern ayudará a los astrónomos a reducir la búsqueda.

El equipo de investigación es el primero en combinar el modelado climático en 3-D con la química atmosférica para explorar la habitabilidad de los planetas alrededor de estrellas enanas M. que comprenden alrededor del 70% de la población galáctica total. Usando esta herramienta, Los investigadores han redefinido las condiciones que hacen que un planeta sea habitable teniendo en cuenta la radiación de la estrella y la tasa de rotación del planeta.

Entre sus hallazgos, el equipo de Northwestern, en colaboración con investigadores de la Universidad de Colorado Boulder, Laboratorio de Planetas Virtuales de la NASA y el Instituto de Tecnología de Massachusetts, descubrió que solo los planetas que orbitan alrededor de estrellas activas, los que emiten mucha radiación ultravioleta (UV), pierden una cantidad significativa de agua por vaporización. Planetas alrededor inactivos o tranquilo, es más probable que las estrellas mantengan agua líquida que sustente la vida.

Los investigadores también encontraron que los planetas con capas delgadas de ozono, que tienen temperaturas superficiales habitables, recibir niveles peligrosos de dosis de UV, haciéndolos peligrosos para la vida superficial compleja.

"Durante la mayor parte de la historia de la humanidad, la cuestión de si la vida existe o no en otro lugar ha pertenecido únicamente al ámbito filosófico, "dijo Howard Chen de Northwestern, el primer autor del estudio. "Solo en los últimos años hemos tenido las herramientas de modelado y la tecnología de observación para abordar esta cuestión".

"Todavía, hay muchas estrellas y planetas ahí fuera, lo que significa que hay muchos objetivos, "agregó Daniel Horton, autor principal del estudio. "Nuestro estudio puede ayudar a limitar la cantidad de lugares a los que tenemos que apuntar nuestros telescopios".

La investigación se publicará en línea el 14 de noviembre en la Diario astrofísico .

Horton es profesor asistente de ciencias terrestres y planetarias en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Chen es un Ph.D. candidato en el Grupo de Investigación de Cambio Climático de Northwestern y futuro investigador de la NASA.

La 'zona Ricitos de Oro'

Para sostener una vida compleja, los planetas necesitan poder mantener agua líquida. Si un planeta está demasiado cerca de su estrella, entonces el agua se vaporizará por completo. Si un planeta está demasiado lejos de su estrella, entonces el agua se congelará, y el efecto invernadero no podrá mantener la superficie lo suficientemente caliente de por vida. Esta zona de Ricitos de Oro se llama "zona habitable circunestelar, "un término acuñado por el profesor James Kasting de la Universidad Penn State.

Los investigadores han estado trabajando para averiguar qué tan cerca está demasiado cerca para que un planeta sostenga agua líquida. En otras palabras, están buscando el "borde interior" de la zona habitable.

"El borde interior de nuestro sistema solar está entre Venus y la Tierra, "Explicó Chen." Venus no es habitable; La Tierra es ".

Horton y Chen están mirando más allá de nuestro sistema solar para identificar las zonas habitables dentro de los sistemas estelares enanos M. Debido a que son numerosos y más fáciles de encontrar e investigar, Los planetas enanos M han surgido como pioneros en la búsqueda de planetas habitables. Reciben su nombre de los pequeños, frio, estrellas tenues alrededor de las cuales orbitan, llamadas enanas M o "enanas rojas".

Química crucial

Otros investigadores han caracterizado las atmósferas de planetas enanos M utilizando modelos climáticos globales 1D y 3-D. Estos modelos también se utilizan en la Tierra para comprender mejor el clima y el cambio climático. Estudios tridimensionales previos de exoplanetas rocosos, sin embargo, Me he perdido algo importante:la química.

Al acoplar el modelado climático 3-D con la fotoquímica y la química atmosférica, Horton y Chen construyeron una imagen más completa de cómo la radiación UV de una estrella interactúa con los gases, incluyendo vapor de agua y ozono, en la atmósfera del planeta.

En sus simulaciones, Horton y Chen descubrieron que la radiación de una estrella juega un factor decisivo en si un planeta es habitable o no. Específicamente, descubrieron que los planetas que orbitan alrededor de estrellas activas son vulnerables a perder cantidades significativas de agua debido a la vaporización. Esto contrasta fuertemente con investigaciones anteriores que utilizan modelos climáticos sin fotoquímica activa.

El equipo también descubrió que muchos planetas en la zona habitable circunestelar no podían sostener vida debido a sus delgadas capas de ozono. A pesar de tener temperaturas superficiales habitables, Las capas de ozono de estos planetas permiten que pase demasiada radiación ultravioleta y penetre en el suelo. El nivel de radiación sería peligroso para la vida de la superficie.

"La fotoquímica 3D juega un papel muy importante porque proporciona calefacción o refrigeración, que puede afectar la termodinámica y quizás la composición atmosférica de un sistema planetario, ", Dijo Chen." Este tipo de modelos realmente no se han utilizado en absoluto en la literatura de exoplanetas que estudian planetas rocosos porque son muy costosos desde el punto de vista computacional. Otros modelos fotoquímicos que estudian planetas mucho más grandes, como gigantes gaseosos y calientes Júpiter, ya muestran que no se puede descuidar la química cuando se investiga el clima ".

"También ha sido difícil adaptar estos modelos porque fueron diseñados originalmente para las condiciones terrestres, ", Dijo Horton." Modificar las condiciones de los límites y aún hacer que los modelos se ejecuten con éxito ha sido un desafío ".

'¿Estamos solos?'

Horton y Chen creen que esta información ayudará a los astrónomos de observación en la búsqueda de vida en otros lugares. Instrumentos como el telescopio espacial Hubble y el telescopio espacial James Webb, tienen la capacidad de detectar vapor de agua y ozono en exoplanetas. Solo necesitan saber dónde buscar.

"'¿Estamos solos?' es una de las preguntas sin respuesta más importantes, ", Dijo Chen." Si podemos predecir qué planetas tienen más probabilidades de albergar vida, entonces podríamos acercarnos mucho más a responderla dentro de nuestras vidas ".