Para buscar vida en el espacio ultraterrestre, los astrónomos primero necesitan saber dónde buscar. Un nuevo estudio de la Northwestern University ayudará a los astrónomos a reducir la búsqueda.
El equipo de investigación es el primero en combinar el modelado climático 3D con la química atmosférica para explorar la habitabilidad de los planetas alrededor de las estrellas enanas M, que comprenden aproximadamente el 70% de la población galáctica total. Usando esta herramienta, los investigadores han redefinido las condiciones que hacenun planeta habitable teniendo en cuenta la radiación de la estrella y la velocidad de rotación del planeta.
Entre sus hallazgos, el equipo de Northwestern, en colaboración con investigadores de la Universidad de Colorado Boulder, el Laboratorio de Planetas Virtuales de la NASA y el Instituto de Tecnología de Massachusetts, descubrió que solo los planetas orbitan alrededor de estrellas activas, aquellas que emiten mucha radiación ultravioleta UV radiación: pierda una cantidad significativa de agua por vaporización. Los planetas alrededor de estrellas inactivas o tranquilas tienen más probabilidades de mantener agua líquida que sustente la vida.
Los investigadores también encontraron que los planetas con capas delgadas de ozono, que de otro modo tendrían temperaturas superficiales habitables, reciben niveles peligrosos de dosis de UV, lo que los hace peligrosos para la vida superficial compleja.
"Durante la mayor parte de la historia humana, la cuestión de si la vida existe o no en otro lugar ha pertenecido solo al ámbito filosófico", dijo Howard Chen de Northwestern, el primer autor del estudio. "Solo en los últimos años hemos tenido las herramientas de modeladoy tecnología de observación para abordar esta cuestión "
"Aún así, hay muchas estrellas y planetas por ahí, lo que significa que hay muchos objetivos", agregó Daniel Horton, autor principal del estudio. "Nuestro estudio puede ayudar a limitar la cantidad de lugares que tenemos que señalar"nuestros telescopios "
La investigación se publicará en línea el 14 de noviembre en el Revista astrofísica .
Horton es profesor asistente de ciencias de la Tierra y planetarias en el Colegio de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Chen es candidato a doctorado en el Grupo de Investigación de Cambio Climático de Northwestern y un futuro investigador de la NASA.
La 'zona Ricitos de oro'
Para mantener una vida compleja, los planetas necesitan poder mantener agua líquida. Si un planeta está demasiado cerca de su estrella, entonces el agua se vaporizará por completo. Si un planeta está demasiado lejos de su estrella, entonces el agua se congelará, y elel efecto invernadero no podrá mantener la superficie lo suficientemente cálida para la vida. Esta área de Ricitos de Oro se llama "zona habitable circunestelar", un término acuñado por el profesor James Kasting de la Universidad Estatal de Penn.
Los investigadores han estado trabajando para determinar qué tan cerca está demasiado cerca, y qué tan lejos está demasiado lejos, para que un planeta sostenga agua líquida. En otras palabras, están buscando el "borde interior" de la zona habitable
"El borde interior de nuestro sistema solar está entre Venus y la Tierra", explicó Chen. "Venus no es habitable, la Tierra sí".
Horton y Chen están mirando más allá de nuestro sistema solar para identificar las zonas habitables dentro de los sistemas estelares enanos M. Debido a que son numerosos y más fáciles de encontrar e investigar, los planetas enanos M han surgido como pioneros en la búsqueda de planetas habitables.nombre de las estrellas pequeñas, frías y tenues alrededor de las cuales orbitan, llamadas enanas M o "enanas rojas".
Química crucial
Otros investigadores han caracterizado las atmósferas de los planetas enanos M mediante el uso de modelos climáticos globales 1D y 3D. Estos modelos también se utilizan en la Tierra para comprender mejor el clima y el cambio climático. Sin embargo, estudios 3D anteriores de exoplanetas rocosos se han perdido algo importante: química
Al combinar el modelado climático 3D con la fotoquímica y la química atmosférica, Horton y Chen construyeron una imagen más completa de cómo la radiación UV de una estrella interactúa con los gases, incluido el vapor de agua y el ozono, en la atmósfera del planeta.
En sus simulaciones, Horton y Chen descubrieron que la radiación de una estrella juega un factor decisivo para determinar si un planeta es habitable o no. Específicamente, descubrieron que los planetas que orbitan estrellas activas son vulnerables a perder cantidades significativas de agua debido a la vaporización.en marcado contraste con investigaciones anteriores que utilizan modelos climáticos sin fotoquímica activa.
El equipo también descubrió que muchos planetas en la zona habitable circunestelar no podían mantener la vida debido a sus delgadas capas de ozono. A pesar de tener temperaturas de superficie habitables, las capas de ozono de estos planetas permiten que pase demasiada radiación UV y penetre en el sueloEl nivel de radiación sería peligroso para la vida de la superficie.
"La fotoquímica 3D juega un papel muy importante porque proporciona calentamiento o enfriamiento, lo que puede afectar la termodinámica y quizás la composición atmosférica de un sistema planetario", dijo Chen. "Este tipo de modelos realmente no se han utilizado en absoluto en el exoplanetaliteratura que estudia planetas rocosos porque son computacionalmente costosos. Otros modelos fotoquímicos que estudian planetas mucho más grandes, como los gigantes gaseosos y los Júpiter calientes, ya muestran que no se puede descuidar la química cuando se investiga el clima ".
"También ha sido difícil adaptar estos modelos porque fueron diseñados originalmente para condiciones basadas en la Tierra", dijo Horton. "Modificar las condiciones de contorno y aún tener los modelos funcionando con éxito ha sido un desafío".
'¿Estamos solos?'
Horton y Chen creen que esta información ayudará a los astrónomos observacionales en la búsqueda de vida en otros lugares. Los instrumentos, como el telescopio espacial Hubble y el telescopio espacial James Webb, tienen la capacidad de detectar vapor de agua y ozono en exoplanetas. Solo necesitan saberdonde mirar
"'¿Estamos solos?' Es una de las preguntas sin respuesta más importantes", dijo Chen. "Si podemos predecir qué planetas tienen más probabilidades de albergar vida, entonces podríamos estar mucho más cerca de responderla en nuestras vidas".
Horton y Chen son miembros de CIERA Centro de Investigación Interdisciplinaria y Exploratoria en Astrofísica.
El estudio fue apoyado por los investigadores del futuro Investigadores en el premio de investigación de posgrado de Ciencia y Tecnología de la Tierra y el Espacio de la NASA 80NSSC19K1523 y una subvención de NASA Habitable Worlds 80NSSC17K0257. El trabajo computacional se completó en la instalación de computación de alto rendimiento QUEST de Northwestern.
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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