Mirando hacia el futuro, La NASA y otras agencias espaciales tienen grandes esperanzas en el campo de la investigación de planetas extrasolares. En la última decada, el número de exoplanetas conocidos ha alcanzado los 4000, y se espera encontrar muchos más una vez que se pongan en servicio los telescopios de próxima generación. Y con tantos exoplanetas para estudiar, Los objetivos de la investigación se han alejado lentamente del proceso de descubrimiento y se han orientado hacia la caracterización.

Desafortunadamente, Los científicos todavía están acosados ​​por el hecho de que lo que consideramos una "zona habitable" está sujeto a muchas suposiciones. Abordar esto, Un equipo internacional de investigadores publicó recientemente un artículo en el que indicaron cómo los estudios futuros de exoplanetas podrían mirar más allá de los ejemplos análogos a la Tierra como indicaciones de habitabilidad. y adoptar un enfoque más integral.

El papel, titulado "Predicciones de zonas habitables y cómo probarlas, "apareció recientemente en línea y se envió como un documento técnico a la Encuesta Decadal sobre Astronomía y Astrofísica Astro 2020. El equipo detrás de esto fue dirigido por Ramses M. Ramirez, investigador del Earth-Life Science Institute (ELSI) y del Space Science Institute (SSI), a quien se unieron los coautores y co-firmantes de 23 universidades e instituciones.

El propósito de la encuesta decenal es considerar los avances anteriores en varios campos de investigación y establecer prioridades para la próxima década. Como tal, la encuesta proporciona una guía crucial para la NASA, la Fundación Nacional del Espacio (NSF), y el Departamento de Energía mientras planifican sus metas de investigación en astronomía y astrofísica para el futuro.

En el presente, muchos de estos objetivos se centran en el estudio de exoplanetas, que se beneficiará en los próximos años del despliegue de telescopios de próxima generación como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) y el Telescopio Espacial Infrarrojo de Campo Amplio (WFIRST), así como observatorios terrestres como el Extremely Large Telescope (ELT), el telescopio de treinta metros, y el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT).

Una de las principales prioridades de la investigación de exoplanetas es buscar planetas donde pueda existir vida extraterrestre. En este sentido, Los científicos designan a los planetas como "potencialmente habitables" (y por lo tanto dignos de observaciones de seguimiento) basándose en si orbitan o no dentro de las zonas habitables de sus estrellas (HZ). Por esta razón, Es prudente echar un vistazo a lo que implica la definición de un HZ.

Como indicaron Ramírez y sus colegas en su artículo, Uno de los principales problemas con la habitabilidad de los exoplanetas es la cantidad de suposiciones que se hacen. Para romperlo la mayoría de las definiciones de HZ asumen la presencia de agua en la superficie, ya que este es el único solvente conocido actualmente para albergar vida. Estas mismas definiciones asumen que la vida requiere un planeta rocoso con actividad tectónica que orbita alrededor de una estrella adecuadamente brillante y cálida.

Sin embargo, investigaciones recientes han puesto en duda muchas de estas suposiciones. Esto incluye estudios que indican que el oxígeno atmosférico no significa automáticamente la presencia de vida, especialmente si ese oxígeno es el resultado de la disociación química y no de la fotosíntesis. Otra investigación ha demostrado que la presencia de gas oxígeno durante los primeros períodos de la evolución de un planeta podría prevenir el surgimiento de formas de vida básicas.

También, Ha habido estudios recientes que muestran que la tectónica de placas puede no ser necesaria para que surja la vida, y que los llamados "mundos acuáticos" pueden no ser capaces de sustentar la vida (pero aún pueden). Encima de todo eso, tienes un trabajo teórico que sugiere que la vida podría evolucionar en mares de metano o amoníaco en otros cuerpos celestes.

El ejemplo clave aquí es Titán, la luna de Saturno, que cuenta con un entorno rico en condiciones prebióticas y química orgánica, que algunos científicos creen que podría soportar formas de vida exóticas. En el final, los científicos buscan biomarcadores conocidos como el agua y el dióxido de carbono porque están asociados con la vida en la Tierra, el único ejemplo conocido de un planeta portador de vida.

Pero como explicó Ramírez a Universe Today por correo electrónico, esta mentalidad (donde los análogos de la Tierra se consideran aptos para la vida) todavía está plagada de problemas:

"La definición clásica de zona habitable es errónea porque su construcción se basa principalmente en argumentos climatológicos centrados en la Tierra que pueden o no ser aplicables a otros planetas potencialmente habitables. Por ejemplo, asume que las atmósferas de CO2 de múltiples barras se pueden soportar en planetas potencialmente habitables cerca del borde exterior de la zona habitable. Sin embargo, niveles tan altos de CO2 son tóxicos para las plantas y los animales de la Tierra, y así sin una mejor comprensión de los límites de la vida, no sabemos cuán razonable es esta suposición.

"El HZ clásico también asume que el CO2 y el H2O son los principales gases de efecto invernadero que sustentan los planetas potencialmente habitables, pero varios estudios en los últimos años han desarrollado definiciones alternativas de HZ utilizando diferentes combinaciones de gases de efecto invernadero, incluyendo aquellos que, aunque relativamente menor en la Tierra, podría ser importante para otros planetas potencialmente habitables ".

En un estudio anterior, El Dr. Ramírez demostró que la presencia de gas metano e hidrógeno también podría causar una advertencia global, y así extender un poco el HZ clásico. Esto se produjo solo un año después de que él y Lisa Kaltenegger (profesora asociada del Instituto Carl Sagan de la Universidad de Cornell) produjeran un estudio que mostraba que la actividad volcánica (que libera gas hidrógeno a la atmósfera) también podría extender el HZ de una estrella.

Afortunadamente, los investigadores tendrán la oportunidad de probar estas definiciones, gracias al despliegue de telescopios de última generación. Los científicos no solo podrán probar algunas de las suposiciones de larga data en las que se basan los HZ, podrán comparar diferentes interpretaciones. Según el Dr. Ramírez, Un buen ejemplo lo proporcionan los niveles de gas CO2 que dependen de la distancia de un planeta a su estrella:

"Los telescopios de próxima generación podrían probar la zona habitable buscando un aumento previsto en la presión atmosférica de CO2 cuanto más lejos estén los planetas potencialmente habitables de sus estrellas. Esto también probaría si el ciclo carbonato-silicato, que es lo que muchos creen que ha mantenido nuestro planeta habitable durante gran parte de su historia, es un proceso universal o no ".

En este proceso, las rocas de silicato se convierten en rocas de carbono a través de la meteorización y la erosión, mientras que las rocas de carbono se convierten en rocas de silicato a través de la actividad volcánica y geológica. Este ciclo asegura la estabilidad a largo plazo de la atmósfera terrestre al mantener constantes los niveles de CO2 a lo largo del tiempo. También ilustra que el agua y la tectónica de placas son esenciales para la vida tal como la conocemos.

Sin embargo, este tipo de ciclo solo puede existir en planetas que tienen tierra, que descarta efectivamente los "mundos acuáticos". Se cree que estos exoplanetas, que pueden ser comunes alrededor de las estrellas de tipo M (enanas rojas), tienen hasta un 50 por ciento de agua en masa. Con esta cantidad de agua en sus superficies, Es probable que los "mundos acuáticos" tengan densas capas de hielo en el límite entre el núcleo y el manto, evitando así la actividad hidrotermal.

Pero como ya se señaló, Hay algunas investigaciones que indican que estos planetas aún podrían ser habitables. Si bien la abundancia de agua evitaría la absorción de dióxido de carbono por las rocas y suprimiría la actividad volcánica, Las simulaciones han demostrado que estos planetas aún podrían realizar un ciclo de carbono entre la atmósfera y el océano, manteniendo así el clima estable.

Si existen estos tipos de mundos oceánicos, dice el Dr. Ramirez, los científicos podrían detectarlos a través de su menor densidad planetaria y su atmósfera de alta presión. Y luego está la cuestión de varios gases de efecto invernadero, que no siempre son una indicación de atmósferas planetarias más cálidas, dependiendo del tipo de estrella.

"Aunque el metano calienta nuestro planeta, descubrimos que el metano en realidad enfría las superficies de los planetas de la zona habitable que orbitan alrededor de estrellas enanas rojas, ", dijo." Si ese es el caso, Las altas cantidades de metano atmosférico en tales planetas podrían significar condiciones de congelación que quizás no sean adecuadas para albergar vida. Podremos observar esto en espectros planetarios ".

Hablando de enanas rojas, El debate continúa sobre si los planetas que orbitan estas estrellas serían capaces de mantener una atmósfera. En los años pasados, múltiples descubrimientos han sugerido que rocoso, Los planetas bloqueados por las mareas son comunes alrededor de las estrellas enanas rojas, y que orbitan dentro de los respectivos HZ de sus estrellas.

Sin embargo, investigaciones posteriores han reforzado la teoría de que la inestabilidad de las estrellas enanas rojas probablemente resultaría en erupciones solares que despojarían las atmósferas de los planetas que las orbitan. Finalmente, Ramírez y sus colegas plantean la posibilidad de que se puedan encontrar planetas habitables orbitando estrellas de tipo A de secuencia principal, que hasta hace poco se consideraban candidatos poco probables. Secuencia principal tipo A estrellas Sirio A, Altair, y se pensaba que Vega eran demasiado brillantes y calientes para ser habitables.

Ramirez dice, "También estoy interesado en averiguar si existe vida en los planetas de la zona habitable que orbitan alrededor de las estrellas A. No se han publicado muchas evaluaciones de la habitabilidad planetaria de las estrellas A, pero algunas arquitecturas de próxima generación planean observarlos. Pronto aprenderemos más sobre la idoneidad de las estrellas A para la vida ".

Por último, estudios como este, que cuestionan la definición de "zona habitable, "será útil cuando las misiones de la próxima generación comiencen operaciones científicas. Con una resolución más alta, instrumentos más sensibles, podrán probar y validar muchas de las predicciones que han hecho los científicos.

Estas pruebas también confirmarán si la vida podría existir o no solo como la conocemos. o también más allá de los parámetros que consideramos "similares a la Tierra". Ramírez dice que el estudio que él y sus colegas realizaron también destaca lo importante que es que continuemos invirtiendo en tecnología avanzada de telescopios:

"Nuestro artículo también enfatiza la importancia de una inversión continua en tecnología avanzada de telescopios. Necesitamos ser capaces de encontrar y caracterizar tantos planetas de zonas habitables como sea posible si queremos maximizar nuestras posibilidades de encontrar vida. Sin embargo, También espero que nuestro artículo inspire a las personas a soñar más allá de los próximos 10 años. Realmente creo que eventualmente habrá misiones que serán mucho más capaces que cualquier cosa que estemos diseñando actualmente. Nuestros esfuerzos actuales son solo el comienzo de un esfuerzo mucho más comprometido para nuestra especie ".

La reunión de la Encuesta Decadal 2020 está organizada conjuntamente por la Junta de Física y Astronomía y la Junta de Estudios Espaciales de la Academia Nacional de Ciencias. y será seguido por un informe que se publicará aproximadamente dentro de dos años.