La cantidad de elementos radiactivos de larga duración incorporados en un planeta rocoso a medida que se forma puede ser un factor crucial para determinar su futura habitabilidad. según un nuevo estudio de un equipo interdisciplinario de científicos de la UC Santa Cruz.

Esto se debe a que el calentamiento interno de la desintegración radiactiva de los elementos pesados ​​torio y uranio impulsa la tectónica de placas y puede ser necesario para que el planeta genere un campo magnético. El campo magnético de la Tierra protege al planeta de los vientos solares y los rayos cósmicos.

La convección en el núcleo metálico fundido de la Tierra crea una dínamo interna (la "geodinamo") que genera el campo magnético del planeta. El suministro de elementos radiactivos de la Tierra proporciona un calentamiento interno más que suficiente para generar una geodinamo persistente, según Francis Nimmo, profesor de Ciencias de la Tierra y planetarias en UC Santa Cruz y primer autor de un artículo sobre los nuevos hallazgos, publicado el 10 de noviembre en Cartas de revistas astrofísicas .

"Lo que nos dimos cuenta fue que los diferentes planetas acumulan diferentes cantidades de estos elementos radiactivos que, en última instancia, impulsan la actividad geológica y el campo magnético, ", Explicó Nimmo." Así que tomamos un modelo de la Tierra y marcamos la cantidad de producción de calor radiogénico interno hacia arriba y hacia abajo para ver qué sucede ".

Lo que encontraron es que si el calentamiento radiogénico es mayor que el de la Tierra, el planeta no puede sostener permanentemente una dinamo, como lo ha hecho la Tierra. Eso sucede porque la mayor parte del torio y el uranio terminan en el manto, y demasiado calor en el manto actúa como aislante, evitando que el núcleo fundido pierda calor lo suficientemente rápido como para generar los movimientos convectivos que producen el campo magnético.

Con calentamiento interno más radiogénico, el planeta también tiene mucha más actividad volcánica, lo que podría producir frecuentes eventos de extinción masiva. Por otra parte, muy poco calor radiactivo resulta en ausencia de vulcanismo y en un planeta geológicamente "muerto".

"Con solo cambiar esta variable, recorre estos diferentes escenarios, de geológicamente muerto a parecido a la Tierra a extremadamente volcánico sin dínamo, "Nimmo dijo, agregando que estos hallazgos justifican estudios más detallados.

"Ahora que vemos las importantes implicaciones de variar la cantidad de calentamiento radiogénico, el modelo simplificado que usamos debe ser verificado por cálculos más detallados, " él dijo.

Habitabilidad

Una dinamo planetaria se ha vinculado a la habitabilidad de varias formas, según Natalie Batalha, un profesor de astronomía y astrofísica cuya Iniciativa de Astrobiología en UC Santa Cruz provocó la colaboración interdisciplinaria que condujo a este artículo.

"Se ha especulado durante mucho tiempo que el calentamiento interno impulsa la tectónica de placas, que crea el ciclo del carbono y la actividad geológica como el vulcanismo, que produce una atmósfera, "Batalha explicó." Y la capacidad de retener una atmósfera está relacionada con el campo magnético, que también es impulsado por el calentamiento interno ".

Coautor Joel Primack, profesor emérito de física, explicó que los vientos estelares, que son flujos rápidos de material expulsado de las estrellas, puede erosionar constantemente la atmósfera de un planeta si no tiene un campo magnético.

"La falta de un campo magnético es aparentemente parte de la razón, junto con su menor gravedad, por qué Marte tiene una atmósfera muy delgada, ", dijo." Solía ​​tener una atmósfera más densa, y por un tiempo tuvo agua superficial. Sin la protección de un campo magnético, pasa mucha más radiación y la superficie del planeta también se vuelve menos habitable ".

Primack señaló que los elementos pesados ​​cruciales para el calentamiento radiogénico se crean durante las fusiones de estrellas de neutrones, que son eventos extremadamente raros. La creación de estos elementos del proceso r durante las fusiones de estrellas de neutrones ha sido un foco de investigación del coautor Enrico Ramirez-Ruiz, profesor de astronomía y astrofísica.

"Esperaríamos una variabilidad considerable en las cantidades de estos elementos incorporados en estrellas y planetas, porque depende de qué tan cerca esté la materia que los formó del lugar donde ocurrieron estos eventos raros en la galaxia, "Dijo Primack.

Los astrónomos pueden usar la espectroscopia para medir la abundancia de diferentes elementos en las estrellas, y se espera que la composición de los planetas sea similar a la de las estrellas que orbitan. El europio, elemento de las tierras raras, que se observa fácilmente en espectros estelares, se crea mediante el mismo proceso que hace que los dos elementos radiactivos de vida más larga, torio y uranio, por lo que el europio se puede utilizar como trazador para estudiar la variabilidad de esos elementos en las estrellas y planetas de nuestra galaxia.

Rango natural

Los astrónomos han obtenido mediciones de europio para muchas estrellas en nuestro vecindario galáctico. Nimmo pudo usar esas mediciones para establecer un rango natural de entradas a sus modelos de calentamiento radiogénico. La composición del sol está en el medio de ese rango. Según Primack, muchas estrellas tienen la mitad de europio en comparación con el magnesio que el sol, y muchas estrellas tienen hasta dos veces más que el sol.

La importancia y variabilidad del calentamiento radiogénico abre muchas preguntas nuevas para los astrobiólogos, Dijo Batalha.

"Es una historia compleja, porque ambos extremos tienen implicaciones para la habitabilidad. Necesita suficiente calentamiento radiogénico para sostener la tectónica de placas, pero no tanto como para apagar la dinamo magnética, ", dijo." En última instancia, buscamos las moradas más probables de la vida. La abundancia de uranio y torio parecen ser factores clave, posiblemente incluso otra dimensión para definir un planeta Ricitos de Oro ".

Usando medidas de europio de sus estrellas para identificar sistemas planetarios con diferentes cantidades de elementos radiogénicos, los astrónomos pueden comenzar a buscar diferencias entre los planetas en esos sistemas, Nimmo dijo, especialmente una vez que se despliegue el telescopio espacial James Webb. "El telescopio espacial James Webb será una herramienta poderosa para la caracterización de atmósferas de exoplanetas, " él dijo.

Además de Nimmo, Primack, y Ramirez-Ruiz, los coautores del artículo incluyen a Sandra Faber, profesor emérita de astronomía y astrofísica, y el erudito postdoctoral Mohammadtaher Safarzadeh.