Frank Herbert es un novelista de ciencia ficción muy exitoso, especialmente con su saga de novelas Dune, en la que se describe un distante futuro con una sociedad feudal interestelar, formada por diferentes casas de nobles que luchan por el control de los planetas y sus recursos:
"Había tantas cosas que aprender. Arrakis era un lugar tan distinto de Caladan que la mente de Paul se perdía ante su solo pensamiento. Arrakis... Dune... El planeta del desierto."
Así podría ser un planeta del tipo "Dune". (Fuente: http://es.dune.wikia.com/)
A menudo los estudios de habitabilidad asumen planetas cubiertos por océanos con abundante agua líquida, como la Tierra. Si el planeta está lejos de la estrella el efecto bola de nieve puede dejarlo congelado. Si está demasiado cerca el vapor de agua llena la atmósfera, contribuyendo a un efecto de invernadero descontrolado que termina evaporando el agua de los mares del planeta. Los planetas demasiado calientes terminan perdiendo el agua.
Pero sabemos que en las enanas rojas durante su prolongada pre-secuencia principal mantienen una luminosidad mucho mayor (a menudo cientos de veces mayor) que la que tienen durante el periodo de la secuencia principal. Es decir, la Zona Habitable de las estrellas frías y pequeñas se va acercando a la estrella a medida que ésta madura. Como consecuencia de esto, los planetas que durante la secuencia principal están en la Zona Habitable, pueden haber pasado por un periodo prolongado previo dominado por un efecto invernadero descontrolado en el que no es fácil que el planeta haya retenido mucho agua.
Planetas del Universo de ficción Dune. Arrakis (Dune) es el planeta de la izquierda (Fuente: wikipedia)
Podemos imaginar un tipo de exoplaneta que sólo tiene una pequeña cantidad de agua, sin océanos. Este planeta estará cubierto por extensos desiertos, con zonas acuosas muy localizadas. Estos planetas desérticos son llamados planetas del tipo "Dune", porque el Dune de las novelas de Frank Herbert supone un buen ejemplo para este tipo de planeta.
Dune es como un Marte cálido, con oxígeno respirable en la atmósfera. Como Marte, el Dune de la novela es un planeta seco, pero con signos de un pasado mucho más acuoso. Dune tiene casquetes polares de agua y acuíferos cercanos, con unos trópicos extremadamente secos. Si Marte tiene similitudes con planetas del tipo Dune, también Titán, la luna de Saturno, tiene puntos en común. Titán, como sabemos, tiene lagos (de hidrocarburos) en los polos separados por extensos desiertos tropicales.
Otra representación artística de Dune. (Fuente:Wikipedia.)
En 2011 Yutaka Abe estudió un planeta "Dune" con un modelo climático 3-D que determinó que este tipo de planetas podían estar tan cerca como 0,77 UA en una estrella del tipo solar, algo así como la distancia de Venus. Es decir, un planeta de este tipo podía llegar a soportar situaciones de irradiación extremas sin perder su habitabilidad. Si el planeta mantenía una oblicuidad reducida podía retener algo de agua en sus zonas polares.
El planeta Dune de la novela de Frank Herbert, aunque es un planeta de ficción, pone de manifiesto cuestiones fundamentales sobre la habitabilidad planetaria:
¿Cuánto agua es suficiente? ¿Cuánto agua es demasiado?
No me resisto a incluir este curioso esquema de un habitante de Dune. El colosal gusano de arena de varios kilómetros de tamaño. (Crédito: David Stein)
Esta entrada forma parte de la serie "Ecosistemas de la Galalxia". Otras entradas de la serie:
2014. Un magnífico estudio de Ramsés Ramírez y Lisa Kaltenegger sobre la habitabilidad de los planetas durante el periodo previo a la secuencia principal.
Ahora que hay tanta expectación con el posible planeta de Proxima Centauri, creo que no está de más hacer un repaso por esos planetas que en su tiempo levantaron una enorme expectación para terminar resultando que, sencillamente, no estaban allí.
Los falsos positivos no deben decepcionarnos, son parte del proceso científico que es el que hace que la Ciencia avance. Algunos son además muy divertidos. Ya hemos escrito sobre uno de mis favoritos: “El Planeta Fantasma de Alfa Centauri B”, pero hay otros muchos más, y quizá el más sonado fue Zarmina.
Una representación artística de Zarmina, tal como muchos la imaginaron: habitable y llena de mares.(Fuente: PHL. Universidad de Puerto Rico en Arecibo. Crédito: Lynette Cook.)
La historia empieza en 2005, cuando el equipo del Observatorio de Ginebra utilizando el espectrógrafo HARPS, ubicado en Chile, comienza a detectar los primeros planetas de un sistema que poco a poco fue ganando relevancia: Gliese 581. Durante 2005-2009 se llegan a descubrir 4 planetas. Había dos de ellos cuya habitabilidad creaba algo de expectación. Gliese 581 c y d parecían planetas con posibilidades de habitabilidad interesantes, pero eran demasiado grandes (5,36 y 7,09 M⊕ respectivamente). Uno estaba en el límite inferior de la Zona Habitable y en otro en la exterior.
Pero fue en 2010 cuando Steve Vogt de la Universidad de California en Santa Cruz Vogt anunció el sorprendente descubrimiento de un planeta extraordinario: Gliese 581 g, con solo 3,1 M⊕ era más pequeño y parecía mucho mejor ubicado en la Zona Habitable que cualquier otro conocido, incluyendo Gliese 581 d.
El hallazgo de un planeta tan prometedor como Gliese 581 g cautivó a la sociedad, llegaron incluso a buscarle un nombre elegante (Zarmina), más adecuado para un planeta tan sugerente:
“Estamos agradablemente excitados”, admitía Vogt en una emocionada declaración: “Creo que esto es lo que todo el mundo ha estado persiguiendo durante los últimos 15 años.”
No era difícil imaginar que Gliese 581 g pudiera estar cubierto por mares de agua. “Podría tener un buen océano”, aseguraba Vogt. Ciertamente, podría ser un océano estéril, no biológico. Pero al contrario que cualquier otro planeta descubierto hasta el momento, no había nada que impidiese que pudiera rebosar de vida.
Magnífica representación de los tamaños mínimos estimados de la tierra y los 6 exoplanetas de Gliese 581. Zarmina está abajo a la izquierda (g) (Fuente: PHL. Universidad de Puerto Rico en Arecibo.)
Enseguida llegaron los primeros análisis independientes: Paul Gregory, Guillem Anglada, Mikko Tuomi, y Forveille, este último liderando al equipo suizo del HARPS, mostraban en general una opinión contraria al supuesto hallazgo. El dilema era que los datos observados de velocidad radialpodían explicarse con una solución de 4 planetas siendo alguno excéntrico, frente a 6 planetas en órbitas circulares de la solución que proponía Vogt. Es decir, si Gliese 581 d era ajustado a los datos observados suponiendo que era excéntrico, la señal de Gliese 581 g (Zarmina) era un alias (un mero artificio de los datos), por otra parte, si se consideraba que la órbita de Gliese 581 d era circular, la señal de Zarmina parecía real. Y muchos argumentaban que si Gliese 581 d era excéntrico, pues eso, era excéntrico y ya está.
La solución aportada por Vogt de 6 planetas en órbitas circulares. Zarmina (g) aparece confortablemente en la Zona Habitable. (Fuente: PHL. Universidad de Puerto Rico en Arecibo)
En 2012 Vogt contraatacó publicando un artículo defendiendo a Zarmina. Su argumento fuerte, centrándose en la solución aportada por el equipo de Ginebra, era que un sistema planetario con varios planetas excéntricos no era estable a largo plazo. Era, según él, necesario un sistema con órbitas circulares.
A partir de aquí, las críticas no pararon. Se proponía que no solo Zarmina, ni siquiera existía Gliese 581 d (Baluev, en un artículo premonitorio que proponía que el ruido era "rojo"), Tuomi otra vez reafirmando la solución con 4 planetas o Hatzes con sus habituales planteamientos de Pre-Whitening (como en Corot-7b o Alfa Centauri B b) en los que elegía la solución de 4 planetas...
Finalmente, en 2014 Paul Robertson publicó un aplastante estudio mostrando que Gliese 581 g no existía realmente. Al parecer era un mero efecto (un espejismo) de la actividad estelar producido por determinadas regiones activas de la estrella. La prueba era que el supuesto planeta tenía un periodo orbital similar al periodo de rotación de la estrella dividido por 4. Al final, la propuesta de Paul era de tan solo 3 planetas y todos en órbitas totalmente circulares.
La solución final de Robertson. Solo tres planetas en órbitas circulares. El resto eran meras ilusiones de la actividad estelar. (Fuente: Robertson, 2014)
2005. Xavier Bonfils trabajando con el Observatorio de Ginebra anuncia la existencia del minineptuno Gliese 581 b. http://arxiv.org/abs/astro-ph/0509211
2007. El descubrimiento de Udry del Observatorio de Ginebra: Gliese 581 c y d, ambos dos cercanos a la Zona Habitable. https://arxiv.org/abs/0704.3841
2009. El gran astrónomo M. Mayor del Observatorio de Ginebra anuncia un cuarto planeta Gliese 581 e. http://arxiv.org/abs/0906.2780
2010. El espectacular anuncio de Vogt de Gliese 581 g.
La habitabilidad planetaria es un tema complejo y Proxima b no es una excepción. Sabemos que el planeta está en la Zona Habitable, que probablemente recibe energía suficiente como para mantener mares de agua y que el planeta tiene la edad suficiente y posiblemente los elementos necesarios como para que la vida haya podido crecer y desarrollarse.
La luz de la Proxima Centauri bien ha podido dejar seco a su planeta (Fuente: PHL. Universidad de Puerto Rico en Arecibo)
Una cuestión fundamental es si Proxima b posee agua. Por mucho que el planeta resida en la Zona Habitable si carece de agua no puede haber mares tal como los conocemos. Este tema, junto al de la actividad estelar que ya hemos comentado, es el principal escollo al desarrollo de la vida en este planeta.
Por ahora es imposible responder a la pregunta. Es importante determinar y evaluar las numerosas vías que permiten que el planeta retenga el agua porque aunque se forme inicialmente con abundantes volátiles puede perderlos posteriormente.
La luminosidad de las enanas rojas durante su juventud suele ser más intensa que la de la etapa madura. De esta manera, si Proxima b hubiera estado en la misma ubicación que tiene actualmente, habría quedado fuera de la Zona Habitable durante los primeros 100-200 millones de años, debiendo soportar un efecto de invernadero descontrolado, algo así como el de Venus. Gran parte de agua pudo evaporarse y escapar al espacio.
Proxima b pudo pasarse sus primeros cientos de millones de años fuera de la Zona Habitable (en azul) (Fuente: Barnes 2016)
Como ya hemos comentado en este proceso suele escaparse más rápido el hidrógeno del agua, más ligero, dejando a veces cierta acumulación de oxígeno en la atmósfera que no tiene carácter biológico (sería un falso biomarcador). Además, si este oxígeno aguanta lo suficiente pudo terminar oxidando la superficie y dificultando la aparición de una vida basada en el carbono.
Incluso si el planeta se formó en otra parte más fría y migró posteriormente a su órbita actual, el agua pudo tener que sobrevivir a un efecto invernadero por efecto de marea. Depende de la excentricidad original y la inducida por la posible existencia de compañeros adicionales que perturben su órbita.
Otra posible causa pérdida del agua es a través de la erosión de la atmósfera por las fulguraciones y eyecciones de masa coronal (CMEs), que pudieron ser fatales durante el periodo inicial en el que la atmósfera estaba saturada de agua.
Si es habitable, esta podría ser la imagen de Proxima b. Un planeta ocular (o en forma de ojo) (Fuente: Steve Bowers)
El planeta, recibiendo sólo el 65% de la insolación de la Tierra, podría actualmente tener su superficie cubierta de hielo, con una mar de agua líquida subglacial, similar a Europa. Pero el hielo absorbe mucha más energía en las longitudes de onda más largas de la luz que emite Proxima y eso puede ser un impedimento para la formación de hielo en superficie, sobre todo porque probablemente pasó cientos de millones de años bajo un abrasador invernadero desbocado.
Proxima b puede o no ser habitable, y no se sabe, porque los modelos que actualmente se utilizan son ciertamente toscos. Por ejemplo, la geoquímica es una materia complejísima y es un enorme agujero en el conocimiento de los exoplanetas. Uno puede imaginar cómo otros planetas pueden mantener el agua en estado líquido con ciclos geoquímicos desconocidos para nosotros por no estar presentes en nuestro Sistema Solar.
Se necesitan más datos. Se desconoce, por ejemplo, cuál pudo ser el contenido inicial de agua del planeta. Además, como ya he repetido muchas veces, los efectos posibles que pueden afectar la habitabilidad son múltiples, diversos, y no se sabe cuáles predominan.
Por fortuna, frente a nuestra abrumadora ignorancia, hemos descubierto a Proxima b. Se necesita estudiar esa atmósfera directamente para ver qué hay allí, porque puede ser nuestra Piedra de Rosetta. Este planeta, si se confirma su existencia, ofrecerá a los científicos una ventana extraordinaria, excepcional y sin precedentes al estudio de la naturaleza de los planetas terrestres. A tan solo 4,2 años luz el descubrimiento de Próxima b nos permitirá dar un paso de gigante hacia una nueva era en Planetología o, quien sabe, quizá al descubrimiento de vida extraterrestre.
Se acercan (sin lugar a dudas) años emocionantes. Estemos atentos.
Esta entrada es parte de la Serie sobre Proxima b. Otras entradas:
Martin Turbet explica cuales son los posibles climas que pueden primar en Proxima b partiendo de su rotación, el agua disponible y la composición de la atmósfera.
En el análisis sobre la habitabilidad de Proxima Centauri que realizamos antes de la publicación de los datos de Proxima b concluíamos que su Zona Habitable era un lugar tormentoso y más bien inhóspito, en el que las posibilidades de habitabilidad de Proxima b dependían en gran medida de la capacidad del planeta para retener una potente magnetosfera, el elemento crucial y necesario. Aquí podéis ver la entrada: La tempestuosa “Zona Habitable” de Proxima Centauri.
Una de las claves de la Habitabilidad de Proxima b es disponer de un buen campo magnético (Fuente: ESO.)
La Masa y el Tamaño. El planeta ha resultado ser más masivo que la Tierra y tener una masa mínima de 1,3 M terr. No está mal, porque un planeta más grande que la Tierra podría llegar a tener una magnetosfera más grande. La densidad se desconoce pero un planeta con esta masa mínima probablemente será rocoso y denso, con un buen núcleo metálico, masivo, necesario para crear un campo magnético potente y esto también es una buena noticia.
La Ubicación en la Zona Habitable. Conviene que esté en la Zona Habitable, pero en la parte más bien alejada de esa estrella fulgurante. Ha resultado estar en una zona con un periodo de 11,2 días. Recibe como 250 veces más rayos X que la Tierra, pero el peligro real son los CMEs. Esperemos que la ubicación sea adecuada. Por cierto, que el cálculo de la Zona Habitable se ha mejorado, pasando de los 0.023-0.054 UA (Endl 2008, https://arxiv.org/abs/0807.1452) a una nueva estimación mejorada de 0.042-0.082 UA en la que Proxima b queda cerca del borde inferior. Es resumen, Proxima b tiene ciertas posibilidades de haber conservado un buen campo magnético y quizá pueda soportar las tormentas magnéticas. Depende en gran medida de un aspecto: su rotación, porque una rotación rápida activaría la dinamo interna del planeta, como en la Tierra.
Parámetros de Proxima Centauri y su hipotético planeta según el PHL de la Universidad de Puerto Rico en Arecibo.
Vamos a analizar en esta entrada la rotación de Proxima b. Caben en principio tres posibilidades:
Su rotación es como la de la Luna.
Lo sabemos todos. La Luna muestra siempre su misma cara a la Tierra. Está sincronizada con su movimiento de rotación con su movimiento orbital en lo que se denomina una resonancia 1:1. Se dice que la Luna está bloqueada o acoplada por efecto marea, ya que la deformación por efecto de marea del cuerpo de la Luna satélite (que adopta cierta forma de melón) crea un momento que poco a poco van frenando la rotación hasta dar una rotación por órbita.
Se puede demostrar que en una órbita circular esta resonancia es la única posible. Además, cuando un planeta orbita muy cerca de su estrella sufre un proceso de circularización que va eliminando la excentricidad. De esta manera se considera que los planetas que están muy cerca de sus estrellas suelen tener este tipo de resonancias, como a menudo ocurre en las lunas del Sistema Solar.
Si este es el caso, un día de Proxima duraría 11,2 días terrestres. Los planetas que muestran siempre su misma cara a su estrella desarrollan un tipo de ecosistema específico, llamado planeta ocular o con forma de ojo, tal como ya analizamos. Ver la entrada:
La resonancia 1:1 de la Luna no es la única en la que puede quedar atrapado un cuerpo que orbita cerca de otro mucho más masivo. Hay muchas más. En algunos casos se llega a otras resonancias spin-orbit, como la de Mercurio que es 3:2, es decir rota tres veces por cada dos órbitas. Si Proxima b estuviera en una resonancia 3:2 su día duraría 7,5 días terrestres.
La resonancia es inestable en una órbita circular, así que se requiere cierta excentricidad en la órbita del planeta, como Mercurio cuya excentricidad es de 0,21. La excentricidad de Proxima b es desconocida pero han podido acotarla un poco, siendo inferior a 0,35.
En principio (según muchos modelos teóricos) la excentricidad en un planeta no debería ser un impedimento grave para la habitabilidad (salvo en el caso en el que se produzcan efectos de marea), porque se considera que lo importante es la irradiación media de la órbita. Ver la entrada que hicimos sobre el tema:
Sin embargo, en este caso concreto es diferente. los alrededores de Proxima Centauri son como un mar de aguas turbulentas y la excentricidad podría ser peligrosa, algo así como navegar cerca de unos arrecifes en mitad de una tempestad. Si regularmente el planeta se acerca demasiado a la estrella durante los periodos de elevada actividad magnética… ¡Hum!
Esta sería la órbita de Proxima b con una excentricidad de 0,35. Se acerca demasiado a la estrella y sus CMEs (Fuente: PHL. Universidad de Puerto Rico en Arecibo.)
Su rotación es como la de Venus.
Finalmente, en Venus la rotación del planeta se ve alterada por lo que se denomina efecto de marea térmico, ya que no está motivado por la deformación del cuerpo del planeta, sino por el calentamiento de su voluminosa atmósfera. El calentamiento diariode la atmósfera produce una suerte de efecto marea atmosférico derivado de los cambios de temperatura que sufre la atmósfera.
Además, la atmósfera tiene inercia térmica y no alcanza su temperatura máxima hasta unas horas después del momento de máxima insolación. Este retardo produce una suerte de efecto de marea atmosférico que con el curso de los millones de años termina afectando a la rotación del planeta.
De hecho, Venus, si no fuera por este efecto bien podría estar en una resonancia normal, pero, por el contrario tiene un movimiento retrógrado.
Sin embargo, en las estrellas pequeñas los estudios de Leconte muestran que este efecto no es muy relevante, incluso para atmósferas densas de 10 atmósferas.
A la derecha de la Rectas verticales (Ps 10 atmósferas y Ps 1 Atm) puede haber rotaciones asíncronas por efecto marea. A la izquierda, la rotación es resonante 1:1. Para Proxima Centauri (Masa 0,12) la Zona Habitable (en azul) siempre está a la izquierda. (Fuente: Leconte, 2015)
Resumiendo, la determinación de la rotación y el campo magnético de Proxima b dependen de un parámetro orbital tan esencial como es la excentricidad. Con la cantidad y calidad de datos disponibles de velocidad radial es solo cuestión de tiempo que se publique una estimación un poco más fina de la excentricidad de la órbita del planeta que nos permitirá valorar mejor su habitabilidad. Por ahora, solo podemos decir que es seguro que hay una resonancia que probablemente puede ser 1:1 o 3:2.
2012. Valeri V. Makarov es uno de los más grandes expertos en rotación de planetas. En este artículo nos habla sobre la rotación de Gliese 581 d, que entonces era considerado un planeta muy excéntrico (pero actualmente no) y con posibilidades de habitabilidad. Le otorgaba al planeta nada menos que una resonancia 2:1.
2013. Makarov muestra el motivo por el que la Luna está bloqueada por efecto marea. Hay dos explicaciones: o bien inicialmente su rotación era retrógrada, o bien era prógrada con reducida excentricidad y estaba relativamente fría.
2013. Noyelles y Makarov analizan la evolución de Mercurio desde su formación para estimar bajo qué condiciones se produjo la actual resonancia 3:2. La excentricidad de 0,21 es un factor determinante junto con la diferenciación de la estructura interna del planeta.
2013. Makarov estudia el excéntrico y potencialmente habitable planeta GJ667C c mostrando que bien podría estar atrapado es una resonancia 3:2, como Mercurio.
2015. En este famoso paper Leconte nos enseña que los planetas que se suponen bloqueados por efecto marea pueden en realidad verse, si tienen cierta atmósfera, afectados por efectos de marea térmicos, como los de Venus y no ser realmente sincrónicos.
2016. Y finalmente este estupendo paper del español Ignasi Ribas sobre la irradiación, rotación y pérdida del agua de Proxima b. A pesar de las dificultades de valorar los diversos aspectos del planeta no encuentran motivos para rechazar su habitabilidad.
Es un hallazgo histórico. Si se confirma este planeta será (sin duda) el descubrimiento más importante de la historia reciente de la ciencia de los exoplanetas.
Muchas personas celebramos el 12 de octubre para recordar aquel día de 1492 (hace más de 500 años) en el que Europa y América se unieron y se hermanaron. ¿Se celebrará dentro de 500 años el día 24 de agosto de 2016 como el aniversario de la unión de dos mundos? La Tierra y Proxima b, ¿quién lo sabe?.
El descubrimiento ha sido liderado por Guillem Anglada-Escudé (Queen Mary University of London) al frente de un amplio equipo internacional, recopilando datos con el espectrógrafo HARPS en el telescopio de 3,6 metros de La Silla, en Chile durante la campaña Pale Red Dot de la hemos comentado sobradamente:
Los datos obtenidos han sido analizados conjuntamente con los de otros observatorios que llevaban muchos años analizando la estrella en busca de planetas. El resultado ha sido fruto del trabajo de muchas personas:
"Las primeras intuiciones de un posible planeta fueron idetificadas en 2013, pero la detección no era convincente. Desde entonces hemos trabajado duro para obtener observaciones adicionales con la ayuda del ESO y otros."
Guillem Anglada-Escudé.
Yo solía pensar que encontrar vida en las estrellas era cosa del futuro, que algún día muy lejano quizá se descubriría algún signo inequívoco de vida en otro planeta.
Yo creía que no llegaría a verlo durante mi periodo de vida.
Pues ya no estoy tan seguro. Después del descubrimiento del posible planeta Proxima b ya no estoy seguro de que no llegue a verlo. ¿Y si ocurriera antes de lo que pensamos?
“I used to believe I would be old and gray, or deceased, when humanity first saw the light of other living worlds. Now I'm not so sure.”
Lee Billings
Así podría verse Proxima Centauri desde Proxima b. (Fuente: ESO)
Soy escéptico por naturaleza. Necesito pruebas. Me viene a la mente el recuerdo de aquellos planetas que capturaron titulares espectaculares y que finalmente se descubrió que eran un espejismo de los datos: Alfa Centauri B b en 2012, Gliese 581 g (o Zarmina, como les gustaba llamarla) en 2010. Pues bien, este planeta candidato Proxima b parece en principio más sólido que los anteriores. Crucemos los dedos.
Proxima b está en la Zona Habitable conservadora de Proxima Centauri (Fuente: ESO)
Veamos los hechos:
El planeta no está confirmado. Todavía no se está seguro de que el planeta sea real. Tiene que haber una confirmación independiente. Quizá en el futuro se sigan recopilando datos para confirmar la naturaleza planetaria de la señal pero, a corto plazo, lo que sucederá es que se analizará el tratamiento de los datos observados de forma exhaustiva. Paul Robertson, Hatzes y muchos otros científicos estarán ya revisando la publicación minuciosamente y, en unos meses, empezará un debate que permitirá evaluar la verosimilitud del planeta candidato y podría terminar en su confirmación. En breve se publicarán más artículos a favor y en contra del descubrimiento.
El supuesto planeta no se sabe si es habitable. No obstante, está orbitando en la “Zona Habitable” de la estrella, de tal forma que, si se dan las condiciones adecuadas, el planeta podría llegar a albergar mares de agua líquida en su superficie. Más precisamente está a 0.05 UA (20 veces más cerca que la Tierra) y su periodo orbital es de unos 11,2 días. Recibe un 65% de la insolación que la Tierra del Sol y eso está muy bien. Pero cuidado que Proxima Centauri es una enana roja activa y fulgurante que emite muchos rayos X.
El hipotético planeta está en la estrella más cercana al Sistema Solar. A un poco más de 4 años luz no parece descabellado ni imposible que, si se investiga en serio, puedan en unos años desarrollarse las tecnologías que nos permitan enviar una pequeña sonda.
El planeta tiene una masa similar a la de la Tierra. Como mínimo es 1,3 veces más masivo que la Tierra, aunque podría resultar siendo más grande ya que desconocemos la inclinación de la órbita. Como sabéis, el método de la velocidad radial no permite medir la masa del planeta sino la expresión m x sen(i) con i la inclinación de la órbita.
El tamaño del planeta es desconocido. Se escriba lo que se escriba el diámetro es desconocido y también la densidad. Si leéis algo sobre que es rocoso, o de densidad terrestre es incorrecto, no sabe si es rocoso aunque es verdad que lo más probable es que sí lo sea.
Otra vista más de Proxima b. (Fuente:ESO)
Vamos preparándonos, que las emociones no han acabado todavía:
Avalancha de Papers. Es posible que se desate una "Fiebre por Proxima" y se publiquen decenas y decenas de artículos sobre este supuesto planeta.
El satélite MOST no ha publicado aún sus resultados. Si se detectase un tránsito el planeta quedaría confirmado, podría medirse su diámetro, su densidad, saber si es un cuerpo realmente rocoso y sería mucho más fácil estudiar su atmósfera,... No nos hagamos muchas ilusiones porque es poco probable que lo consigan. (Actualización: No han pasado unas horas y ya tengo que actualizar la entrada. En principio parece que MOST no ha detectado ningún tránsito. http://arxiv.org/abs/1608.06672)
Algún día, cuando entren en funcionamiento el JWST o alguno de los telescopios en Tierra extremadamente grandes serán capaces de caracterizar la atmósfera del planeta, si existe claro...
Después de la indebida filtración producida por el diario alemán Der Spiegel sobre un posible planeta en Proxima Centauri, no está de más hacer un repaso sobre cómo sería vivir en la “Zona Habitable” (si es que es habitable) de una estrella con fulguraciones como Proxima Centauri. No es un tema nada sencillo, y no se sabe con seguridad qué puede ocurrirle a un planeta que orbite en torno a una estrella activa magnéticamente.
Esta imagen fue desarrollada por la Universidad de Warwick para reflejar la habitabilidad de Kepler-438 b, planeta en la Zona Habitable de un estrella superfulgurante. (Fuente: Mark A. Garlick / Unmiv. Warwick)
A cualquier planeta que tenga que navegar por la “Zona Habitable” de Proxima más le vale estar bien preparado porque es un mar de aguas turbulentas:
Fulguraciones. Las enanas rojas son estrellas con una convección muy intensa, que se traduce en la generación de un poderoso campo magnético cuya energía se libera a menudo en forma de fulguraciones en la superficie de la estrella. Estos estallidos alcanzan temperaturas muy elevadas, de muchos millones de grados, tanto que emiten rayos X. Las fulguraciones, cuando se producen, incrementan sustancialmente la luminosidad global de la estrella, sobre todo en rayos X y UV.
Rayos X. Proxima Centauri, en reposo, emite más o menos tantos rayos X como el Sol, a pesar de ser una estrella mucho más pequeña.
CMEs. En el Sol un fenómeno asociado con las fulguraciones son las Eyecciones de Masa Coronal (llamados CME, Coronal Mass Ejection en inglés) en las que una elevada cantidad de materia de la corona es expulsada, a menudo a velocidad elevada.
Aunque no es una regla exacta, las posibilidades de CMEs suelen aumentar cuando hay fulguraciones. Cuando los CMEs llegan a la Tierra se dice que hay una tormenta solar y a veces afectan a los equipos eléctricos y producen unas auroras boreales fenomenales. Observaciones recientes de la sonda MAVEN en Marte han mostrado que cada vez que pasa un CME por la atmósfera marciana tiene un impacto significativo en el escape atmosférico. Es decir, los CMEs pueden destruir la atmósfera de un planeta si ésta no tiene protección porque pueden deformar y comprimir la magnetosfera del planeta y erosionar su atmósfera.
Representación de un intenso CME de 2012. (Fuente: Solar Dynamics Observatory)
Es verdad que se ha estimado que las Pérdidas de Masa Estelar de Proxima son como mucho un 20% de las del Sol, pero las partículas se aceleran en una corona más caliente, en un campo magnético más intenso y deberían terminar siendo más energéticas.
Y es que a pesar de que Proxima Centauri es una estrella mucho más fría y pequeña que el Sol, su corona está bastante más caliente. Y eso que Proxima no es una enana roja especialmente activa, comparada con otras estrellas similares, porque con los años las estrellas envejecen y moderan su rotación y su campo, y Proxima tiene ya cierta edad, acercándose a los 5.000 millones de años.
La actividad magnética de Proxima debería ser más acusada que la del Sol, a pesar de ser una estrella mucho más pequeña (Fuente: NASA)
¿Podría un planeta en la llamada “Zona Habitable” ser realmente habitable en tales condiciones?
Por su parte, los planetas están protegidos de estos efectos de varias formas:
La distancia. La Tierra está muy lejos del Sol, a toda una UA, es decir, unos 150 millones de kilómetros. Un planeta en la Zona Habitable de Proxima estará a apenas 0.023–0.054 UA y eso es estar muy muy cerca. Mal asunto.
La propia atmósfera. El Ozono y el Oxígeno de la atmósfera protegen la superficie terrestre de los rayos X y de los rayos UV más intensos. En principio, mientras el campo magnético proteja a la atmósfera ésta podría frenar las fulguraciones, si tiene una composición similar a la de la Tierra.
Si atendemos a Antígona Segura (2010) las fulguraciones no afectan considerablemente a la habitabilidad porque sus efectos son frenados en las capas altas de la atmósfera. Otra cosa son los CMEs.
El campo magnético del planeta. Es esencial. Si es bastante intenso puede desviar las partículas cargadas como ocurre en la Tierra. En otro caso, si el planeta no tiene magnetosfera o ésta es muy débil, los CMEs barrerían la atmósfera del planeta, que quedaría desprotegido.
Pero un planeta en la Zona Habitable de Proxima ve reducido el periodo de rotación a menudo produciéndose bloqueos por efecto de marea (como le ocurre a la Luna con la Tierra, que siempre presenta la misma cara) y esto no es bueno para la dinámo interna del planeta que puede debilitarse. Mal asunto, nuevamente.
El periodo de rotación para los planetas bloqueados en Proxima puede andar en torno al periodo de traslación en la Zona Habitable (4 – 14 días). No hay total acuerdo entre los científicos sobre si el campo magnético del planeta puede sobrevivir cerca de una estrella con fulguraciones y viento solar. Quizá en algunos casos un planeta en estas condiciones pueda retener su magnetosfera.
En este gráfico del Flujo de Proxima es posible ver (rayas verticales, Flares) que la luminosidad se dispara de vez en cuando. (Fuente: Equipo Pale Red Dot)
Resumiendo, las posibilidades de habitabilidad de un planeta en la “Zona Habitable” de Proxima dependerán en gran medida de la capacidad del planeta para retener una potente magnetosfera:
La Masa y el Tamaño. Tener una buena magnetosfera en este caso es el elemento crucial, es el aspecto esencial y necesario. Es por ello que interesa que sea un planeta algo más grande que la Tierra porque los planetas grandes suelen llevar asociadas magnetosferas potentes. La densidad (si es posible medirla) sería buena noticia que fuera elevada, porque es un indicio de un núcleo metálico masivo, necesario para crear una buen campo magnético.
La Ubicación en la Zona Habitable. Conviene quizá orbitar por la parte más externa de la Zona Habitable, la más alejada de la estrella y menos expuesta a los CMEs. Es posible que en aquellas zonas el efecto de marea producido por el influjo gravitatorio de la estrella no sea tan intenso y la rotación del planeta pueda residir en algún tipo de resonancia favorable.
También la inclinación es relevante. A nadie se le escapa que un planeta cuya órbita no esté alineada con el plano ecuatorial de la estrella (o mejor dicho el plano que define su campo magnético), podría recibir muchas menos partículas cargadas y estaría más protegido.
A continuación unos expectaculares CMEs (Eyecciones de Masa Coronal):
2000. Análisis de Proxima Centauri con el HST muestra que la pérdida de masa por la estrella es inferior al 20% de la del Sol. Sin embargo esta masa es alterada por una corona mucho más caliente.
2010. Zendejas y Segura nos muestran que un planeta que orbite en la Zona Habitable de una enana roja sin la protección de magnetosfera puede perder su atmósfera fácilmente por efecto del viento solar.
2010. Antígona Segura nos muestra que el efecto de las fulguraciones de una enana roja en la atmósfera de un planeta no afectan demasiado a la superficie del planeta. Espero que esté en los cierto.
2015. Interesantísimo paper de Armstrong de la Universidad de Warwick analizando el efecto de la actividad magnética de la estrella en los exoplanetas detectados por el telescopio Kepler ubicados en la Zona Habitable. Es llamativa la situación de Kepler-438 b cuya estrella emite también intensas fulguraciones, que ponen en cuestión su habitabilidad.
2016. Se describe la probabilidad de que un CME de una estrella del tipo M impacte en una planeta, mostrando cómo esa probabilidad se reduce cuando la inclinación de la órbita del exoplaneta se distancia del plano Astrosférico.
2016. Describe la relación entre las fulguraciones y los CME, mostrando que las Zonas Activas del Sol en algunos casos puede tener muchas fulguraciones sin apenas CMEs y viceversa.
El oxígeno en combinación con otros compuestos como metano es considerado la biofirma más obvia. Sin embargo, este hecho no debería hacernos perder de vista que otras bioquímicas podrían poner de manifiesto otras biofirmas, que no necesariamente incluyen oxígeno. Sabemos, por ejemplo, que la concentración actual de O2 de la Tierra del 21 % es un fenómeno relativamente reciente, pues tenemos buenas razones para creer que las concentraciones de O2 eran mucho más reducidas en los inicios de la historia de la Tierra, incluyendo los tiempos durante los cuales se cree que la fotosíntesis del oxígeno estaba operativa. La fotosíntesis oxigénica fue inventada por las cianobacterias posiblemente hace 3 mil millones de años, aunque el O2 no comenzó a acumularse en la atmósfera hasta alrededor de 2,5 mil millones de años. Y hasta este periodo la vida de este planeta no estuvo acompañada de una acumulación de oxígeno sustancial en la atmósfera.
El espectro de la Tierra en el infrarrojo muestra las marcas de los principales componentes de sus biosfera. (Fuente: ESA)
Lovelock (1965) sugirió por primera vez que la presencia de oxígeno en la atmósfera de un planeta, junto con hidrocarburos, constituiría una firma biológica fiable. Pero no fue hasta Lederberg (1965) que se propuso un planteamiento más allá del oxígeno, cuando sugirió que el desequilibrio termodinámico extremo, en general, sería una buena evidencia de vida. Buscar el desequilibrio químico en general, como concepto global, es muy interesante, porque a diferencia del planteamiento de buscar una biofirma concreta, propia de un metabolismo concreto, la búsqueda del desequilibrio no realiza asunciones fuertes sobre la bioquímica subyacente. En cambio, es una métrica de habitabilidad genérica que descansa únicamente en la asunción de que los diferentes metabolismos de la Galaxia producen algún tipo de gas que puede alterar el equilibrio de la biosfera del planeta. De cualquier forma, no hay que olvidar que los planetas pueden manifestar algún tipo de desequilibrio no biológico, propiciado por la luz de la estrella, vulcanismo o energías de marea, entre otros. Medir el desequilibrio es una cuestión de métricas, de medidas. La diferencia entre un planeta con vida de otro sin ella, vendrá por la medida de la intensidad del desequilibrio no explicable por otras causas. El mejor trabajo que conozco sobre el tema fue publicado en 2015 y es de Krissansen-Totton et al. Presentaron una metodología general en la que calculaban la energía libre implicada en el desequilibrio termodinámico de un planeta. Para experimentar con ella la aplicaron a las principales atmósferas del Sistema Solar, con resultados algo sorprendentes. Por supuesto, la Tierra resultó ser el planeta con el mayor desequilibrio (2.326 J/mol) debido a la presencia conjunta de N2-O2 y un mar de agua, pero la biofirma por antonomasia, la presencia de metano en una atmósfera conjuntamente con oxígeno apenas aportaba 1,51 J/mol (y esto no se esperaba). El siguiente era el planeta Marte (136,35 J/mol) motivado por la presencia de CO y O2 en la atmósfera, productos abióticos de la fotodisociación del CO2. Venus, a pesar de tener una atmósfera con una composición similar apenas mostraba desequilibrio (0,06 J/mol) porque la enorme presión atmosférica los elimina rápidamente. Titán mostraba 1,21 J/mol por la presencia de acetileno y etano abiótico, debido al bombardeo de iones que sufre la luna de Saturno. Me parece un dato un poco decepcionante, sin embargo, los autores reconocieron que el análisis no tuvo en cuenta los lagos de hidrocarburos, por no tener datos precisos sobre su termodinámica. Finalmente, los gigantes gaseosos mostraban un resultado casi nulo.
Sara Seager es una científica del MIT que ha dedicado un gran esfuerzo a clasificar todas las posibles biofirmas. (Fuente: MIT).
Otro investigador que ha trabajado ampliamente en el tema es la famosa científica Sara Seager. En 2013 publicó un paper en el que mostraba modelos que, basándose en las especies presentes en la atmósfera de un planeta, estimaban la biomasa planetaria necesaria para producir esos gases. Los modelos termodinámicos (que miden el desequilibrio) solo son una parte de una serie de modelos más amplia y más compleja. De hecho, hay tres grandes grupos de modelos para caracterizar tres grandes grupos de biofirmas: Biofirmas Tipo I. Son gases producidos por los procesos biológicos de extracción de energía. Estas biofirmas pueden modelizarse termodinámicamente, porque crean un desequilibrio energético allí donde se producen: CH4 producto de los metanógenos en una atmósfera oxidante como la nuestra, pero también NH3, H2S e incluso H2O, entre otros muchos. Estos gases siempre tendrán falsos positivos, porque también pueden producirse geoquímicamente. Biofirmas Tipo II. Son los gases creados durante la formación de la materia viva. Por ejemplo, el O2 producto de la fotosíntesis en un entorno oxidante. Pero también podrían ser H2 en un entorno reductor. También pueden ser confundidos con falsos positivos. Biofirmas Tipo III. Este tercer tipo engloba los gases producidos por cualquier otro proceso biológico que no se engloba en los anteriores. Es mucho más diverso, sin embargo, estas biofirmas, como CH3Cl (Clorometano) y DMS (sulfuro de dimetilo, generado por el plancton), aunque se acumulan en menores cantidades en la atmósfera, son casi exclusivamente una señal de vida. Tampoco están asociados a desequilibrios termodinámicos. Bioindicadores. Junto a las biofirmas hay un grupo formado por la degeneración de las biofirmas. Son los llamados bioindicadores. Un ejemplo típico es el Ozono O3, formado por la degeneración del Oxígeno O2. Actualmente, desde un perspectiva global e intentando evitar planteamientos terracéntricos, Seager estudia miles y miles de compuestos distintos para clasificarlos por su potencialidad como biofirma, atendiendo a la biomasa necesaria para producirlos. La idea es, nada más y nada menos que describir sistemáticamente todos los posibles gases biofirma. ¡Esto sí que es un desafío!
El proceso consiste en clasificar las moléculas en función del tipo de biofirma, para saber qué modelo aplicar. Posteriormente se induce si es detectable con una cantidad de biomasa razonable y si puede quedar contaminada con algún tipo de falso positivo. (Fuente: Sara Seager)
