Proxima b, un planeta del tamaño de la Tierra justo fuera de nuestro sistema solar en la zona habitable de su estrella, es posible que no pueda controlar su atmósfera, dejando la superficie expuesta a radiaciones estelares nocivas y reduciendo su potencial de habitabilidad.

A solo cuatro años luz de distancia, Proxima b es nuestro vecino extrasolar más cercano conocido. Sin embargo, debido al hecho de que no se ha visto cruzar frente a su estrella anfitriona, el exoplaneta elude el método habitual para conocer su atmósfera. En lugar de, los científicos deben confiar en modelos para comprender si el exoplaneta es habitable.

Uno de esos modelos de computadora consideró lo que sucedería si la Tierra orbitara Proxima Centauri, nuestro vecino estelar más cercano y la estrella anfitriona de Proxima b, en la misma órbita que Proxima b. El estudio de la NASA, publicado el 24 de julio, 2017, en Las cartas del diario astrofísico , sugiere que la atmósfera de la Tierra no sobreviviría cerca de la violenta enana roja.

"Decidimos tomar el único planeta habitable que conocemos hasta ahora, la Tierra, y ponerlo donde está Próxima b, "dijo Katherine García-Sage, un científico espacial en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y autor principal del estudio. La investigación fue apoyada por la coalición NExSS de la NASA, que lidera la búsqueda de vida en planetas más allá de nuestro sistema solar, y el Instituto de Astrobiología de la NASA.

Solo porque la órbita de Proxima b está en la zona habitable, que es la distancia desde su estrella anfitriona donde el agua podría acumularse en la superficie de un planeta, no significa que sea habitable. No tiene en cuenta por ejemplo, si el agua realmente existe en el planeta, o si una atmósfera podría sobrevivir en esa órbita. Las atmósferas también son esenciales para la vida tal como la conocemos:tener la atmósfera adecuada permite la regulación del clima, el mantenimiento de una presión superficial respetuosa con el agua, protegiéndose del clima espacial peligroso, y el alojamiento de los componentes químicos de la vida.

El modelo de computadora de García-Sage y sus colegas utilizó la atmósfera de la Tierra, campo magnético y gravedad como sustitutos de Proxima b's. También calcularon cuánta radiación produce Proxima Centauri en promedio, basado en observaciones del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.

Con estos datos, su modelo simula cómo la intensa radiación de la estrella anfitriona y las frecuentes llamaradas afectan la atmósfera del exoplaneta.

"La pregunta es, cuánto de la atmósfera se pierde, y ¿qué tan rápido ocurre ese proceso? ", dijo Ofer Cohen, un científico espacial de la Universidad de Massachusetts, Lowell y coautor del estudio. "Si estimamos ese tiempo, podemos calcular cuánto tarda la atmósfera en escapar por completo y compararlo con la vida útil del planeta ".

Una estrella enana roja activa como Proxima Centauri elimina la atmósfera cuando la radiación ultravioleta extrema de alta energía ioniza los gases atmosféricos. desprendiendo electrones y produciendo una franja de partículas cargadas eléctricamente. En este proceso, los electrones recién formados obtienen suficiente energía para que puedan escapar fácilmente de la gravedad del planeta y salir corriendo de la atmósfera.

Las cargas opuestas se atraen, de modo que a medida que salen de la atmósfera más electrones cargados negativamente, crean una poderosa separación de carga que atrae iones cargados positivamente junto con ellos, hacia el espacio.

En la zona habitable de Próxima Centauri, Proxima b se encuentra con episodios de radiación ultravioleta extrema cientos de veces mayor que la Tierra con el sol. Esa radiación genera suficiente energía para eliminar no solo las moléculas más ligeras, el hidrógeno, sino también, tiempo extraordinario, elementos más pesados ​​como oxígeno y nitrógeno.

El modelo muestra que la poderosa radiación de Proxima Centauri drena la atmósfera similar a la Tierra hasta 10, 000 veces más rápido de lo que sucede en la Tierra.

"Este fue un cálculo simple basado en la actividad promedio de la estrella anfitriona, "No considera variaciones como el calentamiento extremo en la atmósfera de la estrella o perturbaciones estelares violentas del campo magnético del exoplaneta", dijo García-Sage.

Para comprender cómo puede variar el proceso, los científicos analizaron otros dos factores que exacerban la pérdida atmosférica. Primero, consideraron la temperatura de la atmósfera neutra, llamada termosfera. Descubrieron que a medida que la termosfera se calienta con más radiación estelar, aumenta el escape atmosférico.

Los científicos también consideraron el tamaño de la región sobre la que ocurre el escape atmosférico, llamado casquete polar. Los planetas son más sensibles a los efectos magnéticos en sus polos magnéticos. Cuando las líneas de campo magnético en los polos están cerradas, el casquete polar es limitado y las partículas cargadas permanecen atrapadas cerca del planeta. Por otra parte, se produce un mayor escape cuando las líneas del campo magnético están abiertas, proporcionando una ruta de un solo sentido al espacio.

"Este estudio analiza un aspecto infravalorado de la habitabilidad, que es la pérdida atmosférica en el contexto de la física estelar, "dijo Shawn Domagal-Goldman, un científico espacial de Goddard que no participó en el estudio. "Los planetas tienen muchos sistemas de interacción diferentes, y es importante asegurarse de incluir estas interacciones en nuestros modelos ".

Los científicos muestran que con las temperaturas más altas de la termosfera y un campo magnético completamente abierto, Proxima b podría perder una cantidad equivalente a la totalidad de la atmósfera de la Tierra en 100 millones de años, eso es solo una fracción de los 4 mil millones de años de Proxima b hasta ahora. Cuando los científicos asumieron las temperaturas más bajas y un campo magnético cerrado, esa cantidad de masa se escapa a lo largo de 2 mil millones de años.

"Las cosas pueden ponerse interesantes si un exoplaneta se aferra a su atmósfera, pero las tasas de pérdida atmosférica de Proxima b aquí son tan altas que la habitabilidad es inverosímil, "dijo Jeremy Drake, astrofísico del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica y coautor del estudio. "Esto cuestiona la habitabilidad de los planetas alrededor de tales enanas rojas en general".

Las enanas rojas como Proxima Centauri o la estrella TRAPPIST-1 son a menudo el objetivo de la caza de exoplanetas. porque son los mas chulos, las estrellas más pequeñas y comunes de la galaxia. Porque son más fríos y tenues, los planetas tienen que mantener órbitas estrechas para que haya agua líquida.

Pero a menos que la pérdida atmosférica sea contrarrestada por algún otro proceso, como una gran cantidad de actividad volcánica o un bombardeo de cometas, esta proximidad, los científicos encuentran más a menudo, no es prometedor para la supervivencia o la sostenibilidad de una atmósfera.