Ilustración de Júpiter y los satélites galileanos. Crédito:NASA
Dentro del sistema solar, la mayor parte de nuestra investigación astrobiológica está dirigida a Marte, que se considera el siguiente cuerpo más habitable después de la Tierra. Sin embargo, los esfuerzos futuros tienen como objetivo explorar satélites helados en el sistema solar exterior que también podrían ser habitables (como Europa, Encelado, Titán y más). Se espera que esta dicotomía entre los planetas terrestres (rocosos) que orbitan dentro de las zonas habitables (HZ) de su sistema y las lunas heladas que orbitan más lejos de sus estrellas madre sirva de base para futuras encuestas de planetas extrasolares e investigaciones de astrobiología.
De hecho, algunos creen que las exolunas pueden desempeñar un papel vital en la habitabilidad de los exoplanetas y que también podrían ser un buen lugar para buscar vida más allá del sistema solar. En un nuevo estudio, un equipo de investigadores investigó cómo la órbita de las exolunas alrededor de sus cuerpos progenitores podría conducir (y poner límites) al calentamiento de las mareas, donde la interacción gravitacional conduce a la actividad geológica y al calentamiento en el interior. Esto, a su vez, podría ayudar a los cazadores de exoplanetas y a los astrobiólogos a determinar qué exolunas tienen más probabilidades de ser habitables.
La investigación fue realizada por el estudiante graduado Armen Tokadjian y el profesor Anthony L. Piro de la Universidad del Sur de California (USC) y los Observatorios de la Institución Carnegie para la Ciencia. El artículo que describe sus hallazgos ("Calentamiento por mareas de exolunas en resonancia e implicaciones para la detección") apareció recientemente en línea y se envió para su publicación en el Astronomical Journal. . Su análisis se inspiró en gran medida en la presencia de sistemas lunares multiplanetarios en el sistema solar, como los que orbitan alrededor de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
En muchos casos, se cree que estas lunas heladas tienen océanos interiores como resultado del calentamiento de las mareas, donde la interacción gravitatoria con un planeta más grande conduce a la acción geológica en el interior. Esto, a su vez, permite que existan océanos líquidos debido a la presencia de respiraderos hidrotermales en el límite entre el núcleo y el manto. El calor y los productos químicos que estos respiraderos liberan en los océanos podrían hacer que estos "mundos oceánicos" sean potencialmente habitables, algo que los científicos han estado esperando investigar durante décadas. Como explicó Tokadjian a Universe Today por correo electrónico:
"En términos de astrobiología, el calentamiento de las mareas puede aumentar la temperatura de la superficie de una luna a un rango en el que puede existir agua líquida. Por lo tanto, incluso los sistemas fuera de la zona habitable pueden justificar más estudios astrobiológicos. Por ejemplo, Europa alberga un océano líquido debido a las interacciones de las mareas. con Júpiter, aunque se encuentra fuera de la línea de hielo del sistema solar".
Teniendo en cuenta la abundancia de "mundos oceánicos" en el sistema solar, es probable que se puedan encontrar planetas y sistemas de lunas múltiples similares en toda nuestra galaxia. Como explicó Piro a Universe Today por correo electrónico, la presencia de exolunas tiene muchas implicaciones importantes para la vida, que incluyen:
Un Io increíblemente activo, la "luna pizza" de Júpiter, muestra múltiples volcanes y puntos calientes en esta foto tomada con la cámara infrarroja de Juno. Crédito:NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM/Roman Tkachenko
En las últimas décadas, geólogos y astrobiólogos han teorizado que la formación de la luna (hace unos 4500 millones de años) desempeñó un papel importante en el surgimiento de la vida. Nuestro campo magnético planetario es el resultado de la rotación de su núcleo externo fundido alrededor de un núcleo interno sólido y en dirección opuesta a la rotación del propio planeta. La presencia de este campo magnético protege a la Tierra de la radiación dañina y es lo que permitió que nuestra atmósfera se mantuviera estable a lo largo del tiempo, y que el viento solar no la despojara lentamente (como fue el caso de Marte).
En definitiva, las interacciones entre un planeta y sus satélites pueden afectar a la habitabilidad de ambos. Como Tokadjian y Piro demostraron en un artículo anterior usando dos exoplanetas candidatos como ejemplo (Kepler-1708 b-i y Kepler-1625 b-i), la presencia de exolunas puede incluso usarse para explorar el interior de los exoplanetas. En el caso de los sistemas de lunas múltiples, dijeron Tokadjian y Piro, la cantidad de calentamiento de las mareas depende de varios factores. Como ilustró Piro:
"A medida que un planeta eleva las mareas en una luna, parte de la energía almacenada por la deformación se transfiere para calentar la luna. Este proceso depende de muchos factores, incluida la estructura interior y el tamaño de la luna, la masa del planeta, el planeta -la separación de la luna y la excentricidad orbital de la luna. En un sistema de varias lunas, la excentricidad puede ser excitada a valores relativamente altos si las lunas están en resonancia, lo que lleva a un calentamiento significativo de las mareas".
"En el trabajo de Armen, muestra muy bien, en analogía con el calentamiento de las mareas que vemos para Io alrededor de Júpiter, que las interacciones resonantes entre múltiples lunas pueden calentar exolunas de manera eficiente. Por 'resonante', nos referimos al caso en el que los períodos de las lunas obedecen a algún número entero múltiples (como 2 a 1 o 3 a 2) para que sus órbitas se 'pateen' gravitacionalmente entre sí con regularidad".
En su artículo, Tokadjian y Piro consideraron las lunas en una resonancia orbital 2:1 alrededor de planetas de diferentes tamaños y tipos (es decir, desde planetas rocosos más pequeños hasta gigantes gaseosos similares a Neptuno y Super-Júpiter). Según sus resultados, el mayor calentamiento por mareas ocurrirá en las lunas que orbitan planetas rocosos similares a la Tierra con un período orbital de dos a cuatro días. En este caso, la luminosidad de las mareas fue más de 1000 veces mayor que la de Io, y la temperatura de las mareas alcanzó los 480 K (~207 °C; 404 °F).
Estos hallazgos podrían tener implicaciones drásticas para futuras encuestas de exoplanetas y astrobiología, que se están expandiendo para incluir la búsqueda de exolunas. Si bien misiones como Kepler han detectado muchas exolunas candidatas, ninguna ha sido confirmada ya que las exolunas son increíblemente difíciles de detectar utilizando métodos convencionales e instrumentos actuales. Como explicó Tokadjian, el calentamiento por mareas podría ofrecer nuevos métodos para la detección de exolunas:
"First, we have the secondary eclipse method, which is when a planet and its moon move behind a star resulting in a dip in stellar flux observed. If the moon is significantly heated, this secondary dip will be deeper than what is expected from the planet alone. Second, a heated moon will likely expel volatiles like sodium and potassium through volcanism much like the case of Io. Detecting sodium and potassium signatures in the atmospheres of exoplanets can be a clue for exomoon origin."
In the coming years, next-generation telescopes like the James Webb (which will be releasing its first images on July 12th) will rely on their combination of advanced optics, IR imaging, and spectrometers to detect chemical signatures from exoplanet atmospheres. Other instruments like the ESO's Extremely Large Telescope (ELT) will rely on adaptive optics that will allow for Direct Imaging of exoplanets. The ability to detect chemical signatures of exomoons will greatly increase their ability to find potential signs of life. These are the best places to search for habitable exomoons
