Exolunas Habitables. Un Misterio por Resolver

No deja de impresionarme la idea de que haya lunas habitables orbitando en grandes planetas gaseosos. Por supuesto, esta idea tan apasionante ha sido un tema recurrente en la Ciencia Ficción. "Avatar" es el caso más famoso, pero hay otros muchos. Conozco un ejemplo que me gusta más, ni más ni menos que una novela de Larry Niven (el escritor del “Mundo Anillo”). “Construyendo la Luna de Arlequín” relata la historia de una nave espacial (la “John Glenn”) que “naufraga” y no logra llegar a su destino. A duras penas consiguen llegar a un sistema que no es otro que Gliese 876, al que bautizan Apolo, y en el cual deciden construir una exoluna habitable.

“Tuvimos suerte. Gliese 876 estaba casi en nuestra ruta. Agotamos hasta los últimos restos del combustible de antimateria para conseguir entrar aquí en órbita”.

(“We were lucky. Gliese 876 was almost in our path. We were down to the last whiffs of antimatter fuel when we made orbit here.”)

Una exoluna-océano rica en agua en órbita sobre su gigante gaseoso (Fuente: Wikipedia.org)

La novela, publicada en 2005, está inspirada en el descubrimiento de 1998 por Geoff Marcy y Delfosse (de forma independiente) de Gliese 876 b (o “Arlequín” como es bautizado en la novela), el primer planeta descubierto en una enana roja, un monstruo de 2,28 veces la masa de Júpiter, un gigante gaseoso que es actualmente el planeta más grande conocido en la cercanía del Sol.

El monstruo Gliese 786 b (o si queréis Arlequín) está cerca de la Zona Habitable de su estrella. ¿Tendrá lunas grandes? ¿Serán estas lunas habitables?

Gliese 876 b quizá podría tener alguna luna que nos sorprenda (Fuente: Wikipedia.org)

Gracias a la lunas de Júpiter sabemos que las exolunas pueden acceder a fuentes de energía adicionales al calor que proporciona la luz de la estrella, como el calentamiento por efecto de marea que ha permitido que Europa mantenga un mar de agua bajo su corteza de hielo.

Mucho hemos aprendido sobre las exolunas habitables gracias a Europa (Fuente: NASA/JPL)

Si hay alguien que ha estudiado la habitabilidad de las exolunas ese es René Heller del Instituto Max Planck. Heller muestra en sus estudios que una exoluna puede encontrar aún más fuentes de energía adicionales. Además de los efectos marea hay otras más, porque a la luz de la estrella tenemos que añadir la luz del planeta, bien por el reflejo de la luz de la estrella, o por la emisión térmica del planeta. René también estudió los eclipses en los que la exoluna se enfría al pasar por la zona de sombra del exoplaneta. Como consecuencia, la Zona Habitable de las exolunas es un poco diferente de la de los Exoplanetas.

Pandora, la luna habitable de la película "Avatar". (Fuente: Wikipedia.org)

Al concepto de Zona Habitable, que es la zona del sistema planetario en la un exoplaneta con las condiciones adecuadas puede mantener mares de agua en su superficie, René Heller añadió un concepto nuevo, el “Límite Habitable” (“habitable edge”). Simplemente las lunas demasiado cercanas a su planeta no pueden ser habitables. Por otro lado, las lunas demasiado lejanas pueden perder su vínculo con el planeta por la influencia gravitatoria de la estrella. Es lo que se denomina Hill Ratio.

Heller realizó análisis de estabilidad de las órbitas del sistema estrella-planeta-luna que pusieron de manifiesto que no puede haber exolunas habitables en la zona habitable de las estrellas pequeñas. Básicamente las Zonas Habitables tradicionales de las enanas rojas están muy cercanas a sus estrellas. Pues bien, la exoluna para seguir vinculada gravitatoriamente tiene que estar muy cerca a su planeta, tan cerca que la excentricidad que induce la estrella en la órbita de la exoluna produce efectos de marea muy fuertes (como los de IO) que terminan abrasando la exoluna por un efecto invernadero descontrolado. La luna no puede, en teoría, ser habitable.

A medida que la estrella es menos masiva es mayor la influencia de la estrella en la excentricidad de la órbita de la exoluna, produciendo efectos de marea brutales que terminan calentando la luna en exceso. (Fuente: René Heller)

Hasta el momento no hay ninguna exoluna confirmada. Es verdad, hay algún candidato, como las posibles exolunas en WASP-12 b, pero nada en firme. El proyecto en el que más esfuerzo se ha invertido es el proyecto HEK (Hunt for Exomoons with Kepler) liderado por David M. Kipping. Se trata de analizar los datos proporcionados por el telescopio Kepler para identificar posibles exolunas, por las perturbaciones que producen en los planetas, como variaciones de los momentos en los que se producen los tránsitos (TTV) o por la duración de los tránsitos (TDV). Es cuestión quizá de perseverar un poco más. Identificarlas no es nada sencillo, e implica una potencia de cómputo muy elevada.

Es un poco misterioso, ¿por qué aún no hemos detectado exolunas?. Supongo que es cuestión de paciencia y que cualquier día podemos encontrarnos con el descubrimiento de una exoluna habitable:

¡Estemos atentos!

Esta entrada pertenece a la serie “Ecosistemas de la Galaxia”. Otras entradas de la serie:
Gemelos de la Tierra.
Planetas Oculares.
Mundos Océano.

La bibliografía de René Heller es muy extensa:
2011. Heller muestra las posibilidades del efecto de marea en una exoluna habitable. Analiza las posibilidades de Gliese 581 d.
https://arxiv.org/abs/1108.4347
2012. René analiza el efecto en la habitabilidad de los eclipses, cuando la exoluna que en la sombra del planeta
https://arxiv.org/abs/1209.0050
2012. En este interesante paper se estudian los efectos de la luz de planeta sobre la habitabilidad de la exoluna, tanto por la luz reflejada como por la emisión térmica. Además estudia el caso de Kepler-22 b.
https://arxiv.org/abs/1209.5323
2012. Incluye las restricciones ya comentadas que sufre la exoluna para poder ser habitable. Es buen resumen de las ideas de René Heller, os recomiendo su lectura.
https://arxiv.org/abs/1210.5172
2013. Sobre las posibilidades de detectar exolunas en los datos del telescopio Kepler.
https://arxiv.org/abs/1301.0235
2013. Un artículo interesante sobre la protección que la magnetosfera del exoplaneta proporciona a sus exolunas. La radiación es un tema muy relevante en las exolunas.
https://arxiv.org/abs/1309.0811
2014. Nuevamente, sobre la detección de exolunas en los datos Kepler.
https://arxiv.org/abs/1403.5839
2014. Interesante artículo sobre la formación de exolunas y su tamaño.
https://arxiv.org/abs/1408.6164
2014. Un paper sobre la formación de lunas grandes en Planetas del tipo Superjúpiter. Deberían ser habituales lunas más grandes que Marte y ricas en volátiles, sobre todo agua.
https://arxiv.org/abs/1410.5802
2015. Si las exolunas se forman “in situ” en 1 UA en planetas del tipo superjúpiter en estrellas del tipo solar es dudoso que se formen lunas masivas. En otro caso, si el planeta migra desde el exterior es mucho más posible, con lunas-océano del tamaño de Marte.
https://arxiv.org/abs/1504.01668
2016. Los gigantes gaseosos jóvenes pueden ser autoluminosos y las exolunas producirían tránsitos.
https://arxiv.org/abs/1603.00174
2016. Sobre los patrones esperables en los TTV y TDV, es decir, los momentos de paso de los tránsitos y su duración.
https://arxiv.org/abs/1604.05094.

Las publicaciones de David M. Kipping, incansablemente a la caza y captura de exolunas.
https://arxiv.org/abs/0810.2243
https://arxiv.org/abs/0907.3909
https://arxiv.org/abs/1201.0752
https://arxiv.org/abs/1301.1853
https://arxiv.org/abs/1306.1530