Capítulo XIII: La habitabilidad de los sistemas planetarios en nuestra galaxia.

Capítulo XIII: La habitabilidad de los sistemas planetarios en nuestra galaxia.

 Cordiales saludos un capítulo más. Como quizá recuerden y como suelo hacer, la semana pasada quedaron importantes preguntas en el aire. Tras una exploración preliminar de los sistemas estelares cercanos comprobamos como la mayor parte de ellos eran del tipo "Júpiter caliente", con esos enormes mundos gaseosos chamuscándose a escasa distancia de la estrella alrededor de la cual giran. Sin embargo anteriormente habíamos concluido que los planetas gaseosos gigantes debían necesariamente de formarse en el exterior de sus sistemas. Recordemos por qué: Al nacer una estrella envuelta en los restos de su nebulosa primigenia en torno a ella aparece la denominada "línea de hielo", es decir, a una cierta distancia el calor y el viento estelar son demasiado fuertes como para permitir la sublimación inversa (paso directo de gas a sólido) del vapor de agua en forma de hielo. Es por eso que los planetas del interior de la línea de hielo están formados principalmente por metales y rocas, mientras que en el exterior el agua y otros elementos volátiles pueden acumularse formando los grandes planetas gigantes gaseosos. 

Traduzco la leyenda: dentro de la línea de hielo (zona del termómetro caliente) las rocas y los metales se condensan, mientras que los compuestos de hidrógeno (agua, amoniaco, etc) permanecen gaseosos; pasada la línea de hielo (zona del termómetro frío) los compuestos de hidrógeno, rocas y metales se condensan. En cualquier caso, dentro de la nebulosa el 98 % del material es hidrógeno y helio que no se condensan en ningún lugar (y que serán atraídos por los gigantes gaseosos o se perderán en el espacio).

 Así pues, tenemos dos preguntas que hacernos: cómo es que la Tierra y Marte tienen agua, y cómo han llegado los Jupiteres calientes a estar donde están si por fuerza han debido de formarse lejos.

 La primera pregunta la respondimos en el capítulo anterior: los planetas interiores sufrieron un intenso bombardeo (1) a base de objetos pertenecientes al exterior del sistema, principalmente cometas ricos en agua. En 2011 pudo realizarse un análisis de elementos del cometa Hartley 2 que reveló un contenido de agua con unas características isotópicas similares a la de nuestros océanos (2). Así que en efecto, si no toda, al menos una gran parte del agua de nuestros mares podría tener origen cometario. 

El cometa Hartley 2, que fue visible en nuestros cielos el otoño de 2010. Compatriotas suyos nos habrían traído gran parte de nuestro agua desde "las afueras" de nuestro sistema.

Recreación artística de tormenta de cometas en el Sistema de Eta Corvi, a 59 años luz de nosotros. Por un lado se tienen evidencias indirectas de la formación de un sistema planetario alrededor de esta estrella debido a que el disco de la nebulosa de polvo que la rodea está más o menos despejado a unas 100 UA a la redonda. Por otro lado se ha detectado dentro de la "zona habitable" de su interior, a unas 3,5 UA, restos de polvo caliente con trazas de agua, carbono y silicatos que nos hablarían de impactos de cometas contra los planetas rocosos interiores. Eta Corvi podría ser un reflejo de lo que ocurrió en nuestro Sistema Solar hace unos 4.000 - 3.800 millones de años.

 Bien, pero... ¿y los Jupiteres calientes? Aquí nos metemos en un tema más polémico, pero al menos hay un cierto consenso entre los especialistas. Más o menos lo que se piensa es lo siguiente: un planeta gigante, al rotar a través del disco de acreción protoplanetario del cual se formó, va barriendo material y formando un surco (3). Al hacerlo el planeta va cediendo parte de su momento (su cantidad de movimiento) al disco, frenándose ligeramente y cayendo en espiral hacia las cercanías de la estrella (4).

Eta Corvi nos vuelve a servir de ejemplo, en este caso para ilustrarnos la posible migración de un planetoide similar a Plutón hacia el interior del sistema, colisionando según las espectulaciones con un planeta interior. Debo de agradecer esta información al Blog "Eureka" de Daniel Marín cuyo enlace dejo en la sección de agradecimientos.

  Algo parecido ocurrió también en nuestro Sistema Solar, pero el proceso se frenó antes de que la cosa llegara a mayores ¿pero cómo? La única posibilidad es que el material constituyente del disco de acreción se dispersase antes de que los planetas gigantes migrasen del todo hasta "broncearse" en las narices de su estrella. Esta dispersión podría ser provocada de alguna manera por el campo magnético estelar, por la presión del viento estelar o por las fuerzas de marea generadas por la gravedad de la estrella. De no frenarse la migración, los planetas gigantes pueden llegar incluso a destruirse. Es el caso del planeta WASP-12, que esta siendo "canibalizado" por su estrella: su atmósfera se halla muy expandida y parte de su material empieza ya a ser transferido a la ardiente superficie estelar. 

WASP-12 siendo devorado por su estrella.

 Pero aunque el Júpiter caliente de turno no llegue a incinerarse, lo malo es que en su migración se llevará por delante a todos los planetas similares a la Tierra que haya en el sistema. Es por ello que estos sistemas no nos son propicios para buscar mundos habitables, pero... ¿cómo es que hay tantos Jupiteres calientes? Por fortuna para las expectativas de expansión interestelar de la raza humana o de nuestras esperanzas de encontrar vida ahí fuera, los Júpiter calientes en realidad no son mayoría. Lo que en realidad ocurre es que hay un sesgo en nuestras observaciones. Dicho sesgo lo provocan los métodos que tenemos para detectar planetas extra-solares (también llamados exoplanetas). 

 El primero de los que se utilizó fue el llamado método de la velocidad radial. Podemos definir velocidad radial como "aquella con la que la estrella que observamos se aleja o se acerca de la dirección del observador a consecuencia de la existencia de un planeta que desplaza su centro de gravedad" (5). Obviamente, cada bamboleo corresponderá a una órbita del planeta estudiado (que "tira" de su estrella), lo cual nos dará su periodo orbital y además su masa.

  Las características de este método dictan que cuanto más grande sea el planeta que buscamos y más cerca orbite de su estrella más fácil será para nosotros encontrarlo, lo cual en la práctica llevó a que en los primeros años de la búsqueda de exoplanetas solo halláramos Jupiteres calientes. Después se vió que esta técnica también podía funcionar con planetas más pequeños siempre que la estrella fuera también pequeña y el planeta igualmente orbitara cerca, de lo cual hemos visto algunos ejemplos (Súper Tierras calientes). 

La estrella orbita alrededor del centro de masa del sistema, cuando la estrella se mueve hacia la Tierra el espectro de su luz torna hacia el azul, cuando se aleja se torna rojo (ambos cambios del espectro debidos al Efecto Doppler de la luz, véase nota 7).

 El siguiente método que se refinó para cazar exoplanetas fue el del tránsito. Es fácil de entender: un planeta pasa delante de su estrella y nosotros detectamos el cambio que provoca en la luminosidad de esta última. Como dichos cambios son periódicos, ello nos habla además de la duración de la órbita planetaria. 

Como se ve, el paso del planeta delante de la estrella genera una curva de luz, es decir, una variación del brillo de la estrella (eje vertical) en función del tiempo (eje horizontal).

 Y no solo eso, calculando el tiempo que tarda el planeta en pasar delante de su estrella en función de la variación de luz podemos calcular su radio y establecer la inclinación de su órbita respecto a nosotros (mediante pizarras llenas de cálculos matemáticos y observaciones que sería largo de explicar se ha establecido una relación entre la diferencia de radios entre planeta-estrella y la inclinación de la órbita). Y más aún, combinando la técnica de los tránsitos con los de la velocidad radial podemos obtener la masa y el volumen (a partir del radio) del planeta, lo cual nos proporciona su densidad (masa = densidad x volumen), un dato muy útil si queremos hacernos una idea de cómo es su estructura y composición. Pero de nuevo un problema, es muchísimo más probable detectar un tránsito de un planeta grande pegado a su estrella que de un planeta más pequeño y más alejado (cualquier observador extraterrestre ubicado cerca de nosotros tendría un 0,47 % de posibilidades de ver un tránsito de la Tierra y solo un 0,089 % de intuir a Júpiter). Así que de nuevo usando este método nos aparecen Jupiteres y Súper Tierras calientes a patadas. Por fortuna en 2009 se puso en órbita el satélite Kepler, un telescopio espacial lo suficientemente sensible como para, empleando los dos métodos antes citados y algunos otros que carezco de tiempo y espacio para explicar, superar el sesgo de los Jupiteres / Súper Tierras Calientes y detectar planetas y sobre todo sistemas más parecidos al nuestro. Hago hincapié en el término "sistemas" porque algunos exoplanetas del tamaño de Júpiter con órbitas similares podrían haber facilitado la existencia de mundos rocosos interiores como el nuestro, aún demasiado pequeños para ser detectados. 

Este dibujo nos habla del rango de acción del telescopio espacial Kepler. Como ven, solo pudo barrer un pequeño sector de la Vía Láctea.

 Y en eso estamos ahora. Es cuestión de tiempo que demos con algún planeta como la Tierra, a pesar de que el telescopio espacial Kepler se averió el pasado mayo y habrá que buscarle un sustituto.

 Resumiendo, los datos actuales con los que trabajamos son los siguientes:

 Sabemos a ciencia cierta de la existencia de tres tipos de mundos:

•  Planetas rocosos: como Venus o la Tierra, o más grandes pero de similares rasgos (Súper Tierras).

• Gigantes de hielo: como Urano y Neptuno. Son grandes mundos con núcleos rocosos rodeados de una espesa cobertura principalmente de agua, metano, amoniaco, helio e hidrógeno en diferentes estados y concentraciones.

• Gigantes gaseosos: Como Júpiter y Saturno, enormes y violentas bolas de gas, principalmente helio e hidrógeno.

 A fecha de 2012 (6), la misión Kepler había contabilizado unos 1.200 planetas entre confirmados y pendientes de serlo. De ellos podemos sacar las siguientes estadísticas:

         - 70 planetas ≈ del tamaño de la Tierra.

         - 300 Súper Tierras.

         - 650 Gigantes de hielo.

         - 180 Gigantes gaseosos.

  Este catálogo no es definitivo, por supuesto, pues todavía podrían descubrirse otros tipos y en cualquier caso se han registrado algunos casos tan raros y enigmáticos que desafían nuestros intentos de clasificación e incluso de explicación.

 Hagamos para terminar una enumeración de los mundos o sistemas más desconcertantes que hasta la fecha nos hemos echado a la cara.

 Podemos empezar con el planeta CoRot 20b. A una terrible distancia de 4.000 años luz de nosotros parece que tiene 14 veces más masa que Saturno con su mismo radio, dándonos una densidad de 9,66 g/cm3, es decir, un mundo 750 veces más grande que el nuestro y mucho más denso (nosotros marcamos 5,5 g/cm3). 

 ¿Como lo denominamos? ¿Una Mega Tierra? Allí la gravedad nos dejaría chafados como un sello, aunque apurando más debemos de hablar de Mega Tierra caliente, pues orbita a 0,04-0,14 UA de su estrella con un periodo orbital de solo 9,2 días, con lo cual las tórridas temperaturas estarían a la altura de la aplastante gravedad. Sí, un lugar muy bonito, en fin, veamos qué más sorpresas nos aguardan.

  Ya se comentaba en el capítulo anterior la posibilidad de que existan planetas oceánicos gigantes, concretamente recordemos a Kepler 22b, a 600 años luz de nosotros, un planeta que por sus características correspondería a un Gigante de Hielo si no estuviera tan cerca de su estrella como para admitir la presencia de agua líquida. De ser así, tendríamos en la práctica una categoría nueva en forma de mundos acuáticos con varias veces el tamaño de la Tierra y cuyas aguas carecerían de fondo en el sentido en el que lo imaginamos aquí (según profundizásemos en él las elevadas presiones y temperaturas así como los diferentes componentes que encontráramos lograrían que el concepto "fondo" fuese perdiendo sentido, por ejemplo, a suficiente presión y si la eleveda temperatura del interior no lo compensase, el agua podría llegar a solidificarse). No sé ustedes, pero a mi me inquietaría sobre manera nadar en semejante "océano".

Kepler 22b, un posible planeta oceánico.

 Otra joya es el sistema KOI-961, a 126 años luz de la Tierra, protagonizado por una diminuta estrella enana roja con solo 0,13 veces la masa del Sol. A su alrededor, pegados a ella giran tres diminutos mundos, de tamaños a mitad de camino entre Marte y la Tierra. Son efectivamente los planetas más pequeños descubiertos hasta ahora, y no solo eso, se hallan además en la zona de habitabilidad. Se ha comparado este sistema con el de Júpiter y sus lunas, como puede apreciarse en el esquema que dejo a continuación.

Comparación entre el sistema KOI-961 y el sistema de Júpiter y algunas de sus mayores lunas.

Concepción artística de los mundos del sistema KOI-961 en una extraña alineación.

 Así que aquí nos encontramos con un sistema a mitad de camino entre el de un planeta gigante gaseoso y sus lunas por un lado, y una estrella convencional con sus planetas por otro, y encima con la posibilidad de ser habitable. Insólito.

 Pero aún hay cosas más raras. Tenemos otro elemento con el que jugar a parte de las órbitas, densidades y masas de los exoplanetas, y es que en algunos casos hemos podido analizar sus atmósferas. Esto se logra sacándole todavía más partido al método de los tránsitos planetarios. Hasta ahora les he hablado del método de los tránsitos primarios, es decir, la merma de luz estelar que el planeta provoca al pasar delante de su estrella. Sin embargo también contamos con el efecto opuesto: los tránsitos secundarios, y es que, cuando el planeta pasa por detrás de su estrella, su parte a la contribución total de luz del sistema se pierde. Comparando la luz de la estrella más la reflejada por el planeta con solo la luz de la estrella, podemos averiguar muchas cosas, por ejemplo la cantidad de luz que refleja el planeta, algo conocido como albedo. Mucho índice de reflexión implica un albedo muy alto y viceversa. Pues bien, el planeta TrES 2b tiene un albedo tan bajo que refleja menos luz que la pintura negra. De hecho solo lo detectamos por la tenue luz roja que emite debido a su elevada temperatura, y es que tratamos con un Júpiter caliente de libro de texto, tostándose muy cerca de TrES 2, su estrella. Se ha especulado con que la negra atmósfera de este mundo se hallaría formada por elementos químicos muy absorbentes como el sodio, el potasio o por compuestos como el óxido de titanio, pero ni con esas se ha logrado explicar del todo la siniestra negrura de este mundo.

El enigmático TrES 2b, negro y caliente como un ascua. Se halla a 750 años luz de nosotros.

 Pero no solo de negras atmósferas podemos hablar, sino también de otras que nos muestran (7) elementos conocidos y muy prometedores para la búsqueda de vida, como dióxido de carbono, agua o metano, como en el caso del planeta HD 189733 (no se hagan ilusiones, el planeta no es ni remotamente habitable).

Por si hubiera dudas sobre la habitabilidad de HD 189733 que esta imagen hable por si misma, a pesar de la presencia de agua y otros elementos afines a la vida en su atmósfera.

 En el caso del planeta HD209458 (Osiris) incluso se han podido detectar nubes de monóxido de carbono moviéndose velozmente del caluroso hemisferio diurno al gélido hemisferio nocturno.

 Al margen de Jupiteres calientes más negros que la tinta china, mundos oceánicos gigantes, Mega Tierras calientes, o estrellas enanas con planetas enanos, a la vista de los datos recogidos se piensa que en nuestra galaxia al menos un 22 % de las estrellas parecidas a nuestro Sol tendrían planetas parecidos a la Tierra. Esto arroja un cómputo total de planetas de similar tamaño al nuestro muy elevado (8), y repito, solo en nuestra galaxia. ¿Podría alguno haber tenido la suerte del nuestro y haber cumplido con las condiciones necesarias para el surgimiento de vida? ¿Y cuáles son estas? ¿Fue normal que surgiera la vida en la Tierra o solo se trató de una monstruosidad, de una aberración del azar? ¿Y si la vida es frecuente en el universo, cómo es que no hemos encontrado aún señales de ella por ahí fuera? Todo ello y mucho más en el próximo capítulo, hasta entonces reciban los lectores una cordial andanada de saludos.

 Agradecimientos: 

==> A Paco Arjonilla por su asesoramiento y corrección, y por dedicarle tiempo a una empresa como esta.

==> Al autor del Blog que cito a continuación por ponerme sobre la pista de lo que ocurre en Eta Corvi (u ocurría hace 59 años al menos):

http://danielmarin.blogspot.com.es/

Notas:

 1- Recuérdense las evidencias del Gran Bombardeo Tardío descrito en el capítulo X.

 2- Un elemento químico puede presentársenos en forma de varios isótopos en función del distinto número de neutrones que muestren sus átomos. De este modo según los distintos isótopos de oxígeno e hidrógeno que formen el agua, podremos hablar de aguas con diferente composición isotópica, útil a la hora de establecer comparaciones y seguir el rastro del origen de dicho compuesto en nuestro planeta.

 3- Ya comentábamos en el capítulo anterior como en efecto dichos surcos han llegado a fotografiarse. Lamento de nuevo no poder aportar prueba gráfica de ello.

 4- http://es.wikipedia.org/wiki/Migraci%C3%B3n_planetaria

 5- Como explica Álvaro Giménez Cañete en su libro "Exoplanetas", que cito en la bibliografía.

 6- Este dato esta actualizado a fecha de publicación (2012) del mencionado libro "Exoplanetas" de Álvaro Giménez Cañete en el cual he basado gran parte de este capítulo. Según Wikipedia, a término de su misión el telescopio espacial Kepler habría descubierto 2.740 candidatos a exoplanetas, llegando a confirmarse un total 114 planetas en 69 sistemas estelares distintos. 

 7- Mediante el análisis espectroscópico de la luz que logramos aislar de estos planetas. Cada elemento químico emite una "firma" distinta de luz, lo cual nos permite identificar al menos en parte la composición de cualquier objeto que nos emita o refleje luz. Dicha firma esta formada por las llamadas líneas de absorción/emisión de luz, correspondientes a aquella absorbida o emitida por diferentes átomos en función de los saltos de sus electrones de un nivel energético a otro. Así mismo, el efecto doppler de la luz corresponde con el corrimiento al rojo de dichas líneas si un objeto se acerca a nosotros, o de su corrimiento al azul en caso contrario, proceso análogo al que ocurre con el sonido de un coche cuando pasa a toda velocidad a nuestro lado.

En el caso del sonido, las ondas más separadas del coche que se aleja suenan graves, mientras que las apelotonadas que recibimos cuando se nos aproxima lo hacen agudas. Similar ocurre la luz (que en este caso se comporta como una onda), siendo el azul el equivalente a los agudos (menores longitudes de onda) y el rojo a los graves (mayores longitudes de onda).

 8- Algunas estimaciones elevan hasta 17.000 millones el número de planetas del tamaño de la Tierra que podrían existir en la Vía Láctea (http://www.space.com/19157-billions-earth-size-alien-planets-aas221.html).

 Véase también esta noticia en la que se nos sugiere que 1 de cada 5 estrellas como el Sol podrían tener planetas del tamaño de la Tierra dentro de su zona habitable: http://www.elmundo.es/ciencia/2013/11/04/5277da8b6843410b4e8b4589.html



 Bibliografía:


 - "Exoplanetas" de Álvaro Giménez Cañete, editorial Cátara - CSIC.