Una investigación redefine el límite inferior para la habitabilidad del tamaño de un planeta

Esta ilustración muestra el límite inferior de habitabilidad en términos de masa del planeta. Si un objeto es más pequeño que el 2.7 por ciento de la masa de la Tierra, su atmósfera escapará antes de que tenga la oportunidad de desarrollar agua líquida superficial, Crédito: Harvard SEAS.

En El Principito, la clásica novela de Antoine de Saint-Exupéry, el príncipe titular vive en un asteroide del tamaño de una casa tan pequeño que puede ver el atardecer en cualquier momento del día moviendo su silla unos pasos. 

Por supuesto, en la vida real, los objetos celestes tan pequeños no pueden soportar la vida porque no tienen suficiente gravedad para mantener una atmósfera. Pero, ¿qué tan pequeño es demasiado pequeño para la habitabilidad? 

En un artículo reciente, investigadores de la Universidad de Harvard describieron un nuevo límite de tamaño más bajo para que los planetas mantengan el agua líquida en la superficie durante largos períodos de tiempo, extendiendo la llamada Zona Habitable. Esta investigación para planetas pequeños de baja gravedad, expande el área de búsqueda de vida en el universo y arroja luz sobre el importante proceso de evolución atmosférica en planetas pequeños. 

La investigación fue publicada en el Astrophysical Journal. 

"Cuando las personas piensan en los bordes interior y exterior de la zona habitable, tienden a pensar solo en el espacio, lo que significa lo cerca que está el planeta de la estrella", dijo Constantin Arnscheidt, AB '18, primer autor del artículo. "Pero en realidad, hay muchas otras variables de habitabilidad, incluida la masa. Establecer un límite inferior para la habitabilidad en términos del tamaño del planeta nos da una restricción importante en nuestra búsqueda continua de exoplanetas y exolunas habitables". 

En general, los planetas se consideran habitables si pueden mantener el agua líquida en la superficie el tiempo suficiente para permitir la evolución de la vida, conservadoramente alrededor de mil millones de años. Los astrónomos buscan estos planetas habitables dentro de distancias específicas de ciertos tipos de estrellas: las estrellas que son más pequeñas, más frías y de menor masa que nuestro Sol tienen una zona habitable mucho más cercana que las estrellas más grandes y calientes. 

El borde interior de la zona habitable se define por lo cerca que puede estar un planeta de una estrella antes de que un efecto invernadero desatado conduzca a la evaporación de todas las aguas superficiales. Pero, como demostraron Arnscheidt y sus colegas, esta definición no es válida para planetas pequeños de baja gravedad. 

El efecto invernadero desatado ocurre cuando la atmósfera absorbe más calor del que puede irradiar hacia el espacio, evitando que el planeta se enfríe y eventualmente conduciendo a un calentamiento imparable hasta que sus océanos se conviertan en vapor en la atmósfera. 

Sin embargo, algo importante sucede cuando los planetas disminuyen de tamaño: a medida que se calientan, sus atmósferas se expanden hacia afuera, volviéndose más y más grandes en relación con el tamaño del planeta. Estas grandes atmósferas aumentan tanto la absorción como la radiación del calor, permitiendo que el planeta mantenga mejor una temperatura estable. Los investigadores encontraron que la expansión atmosférica evita que los planetas de baja gravedad experimenten un efecto invernadero desatado, lo que les permite mantener el agua líquida en la superficie mientras orbitan más cerca de sus estrellas. 

Sin embargo, cuando los planetas se vuelven demasiado pequeños, pierden sus atmósferas por completo y el agua superficial líquida se congela o se vaporiza. Los investigadores demostraron que hay un tamaño crítico por debajo del cual un planeta nunca puede ser habitable, lo que significa que la zona habitable está limitada no solo en el espacio, sino también en el tamaño del planeta. 

Los investigadores encontraron que el tamaño crítico es aproximadamente el 2,7 por ciento de la masa de la Tierra. Si un objeto es más pequeño que el 2,7 por ciento de la masa de la Tierra, su atmósfera escapará antes de que tenga la oportunidad de desarrollar agua líquida superficial, similar a lo que les sucede a los cometas en el Sistema Solar en la actualidad. Para poner esto en contexto, la Luna es el 1,2 por ciento de la masa de la Tierra y Mercurio es el 5,53 por ciento. 

En el concepto artístico, la luna Ganímedes orbita alrededor del planeta gigante Júpiter. Un océano salino debajo de la corteza helada de la luna explica mejor los cambios en los cinturones aurorales medidos por el telescopio Hubble. Los astrónomos se han preguntado durante mucho tiempo si las lunas heladas de Júpiter serían habitables si aumentara la radiación del sol. Crédito: NASA/ESA.

Los investigadores también pudieron estimar las zonas habitables de estos pequeños planetas alrededor de ciertas estrellas. Se modelaron dos escenarios para dos tipos diferentes de estrellas: una estrella de tipo G como nuestro propio Sol y una estrella de tipo M inspirada en una enana roja en la constelación de Leo. 

Los investigadores resolvieron otro misterio de larga duración en nuestro propio sistema solar. Los astrónomos se han preguntado durante mucho tiempo si las lunas heladas de Júpiter, Europa, Ganímedes y Calisto serían habitables si aumentara la radiación del sol. Según esta investigación, estas lunas son demasiado pequeñas para mantener el agua líquida superficial, incluso si estuvieran más cerca del Sol. 

"Los mundos acuáticos de baja masa son una posibilidad fascinante en la búsqueda de vida, y este artículo muestra lo diferente que es su comportamiento en comparación con los planetas similares a la Tierra", dijo Robin Wordsworth, profesor asociado de Ciencias e Ingeniería Ambiental en SEAS y autor principal del estudio. "Una vez que las observaciones para esta clase de objetos sean posibles, será emocionante intentar probar estas predicciones directamente". 

Fuente: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences,