Los planetas en sistemas binarios podrían ser habitables, pero se formarían de manera diferente
por Evan Gough
La mayoría de las estrellas de la Vía Láctea son estrellas solitarias. Pero entre un tercio y la mitad de ellas son estrellas binarias. ¿Pueden formarse planetas habitables en estos ambientes?
Una nueva investigación muestra que podrían existir planetas habitables alrededor de estrellas binarias, pero se formarían de manera diferente a los mundos alrededor de estrellas individuales.
Un joven sistema estelar binario a unos 1.000 años luz de distancia está en el centro de esta investigación. Se llama NGC 1333-IRAS2A y es una protoestrella binaria de baja masa. El par binario es tan joven que todavía está acumulando masa. Es el foco de varios estudios sobre protoestrellas y discos protoestelares porque es joven y aún se está formando.
El nuevo estudio se titula “La binaridad de una protoestrella afecta la evolución del disco y los planetas”, publicado en la revista Nature. El autor principal es el profesor Jes K. Jørgensen del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague. El profesor Jørgensen es coautor de varios artículos sobre NGC 1333-IRAS2A.
El estudio se basa en observaciones de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) de NGC 1333-IRAS2A. Estas observaciones son solo instantáneas de un proceso que lleva millones de años. Pero con estas observaciones y el conocimiento obtenido del estudio de las protoestrellas jóvenes en general, el equipo de investigación creó simulaciones por computadora de la protoestrella binaria que retroceden y avanzan en el tiempo.
El estudio muestra que la formación de planetas es diferente alrededor de estrellas binarias que en estrellas solitarias como nuestro Sol. Es por la forma en que las estrellas jóvenes se comportan a medida que se forman.
“Las observaciones nos permiten acercarnos a las estrellas y estudiar cómo el polvo y el gas se mueven hacia el disco. Las simulaciones nos dirán qué física está en juego, cómo han evolucionado las estrellas hasta la instantánea que observamos y su evolución futura”, explicó el postdoctorado Rajika L. Kuruwita del Instituto Niels Bohr, quien es el segundo autor del estudio.
Las protoestrellas jóvenes están rodeadas de discos protoplanetarios hechos de gas y polvo. Dentro de los discos, los planetas se forman principalmente por acreción. Después de millones de años de caos y colisión, los planetas se unen y toman órbitas. Es un proceso muy complejo que los científicos están estudiando atentamente. Los sistemas solares como el nuestro son simples en un sentido: solo hay una estrella. La masa y la gravedad de la estrella influyen en la morfología y el comportamiento del disco protoplanetario y de los planetas que se forman en el disco.
Pero en un sistema con dos protoestrellas, la complejidad es aún mayor.
En un sistema estelar único, la estrella acumula material de manera más uniforme. Todavía hay variaciones en la acumulación, pero las cosas progresan de manera más predecible con un solo objeto masivo. Pero como muestra este estudio, las protoestrellas binarias se comportan de manera muy diferente a medida que se forman. En lugar de un proceso de acreción constante, el proceso de formación estelar está marcado por estallidos cíclicos de brillo a medida que las estrellas orbitan alrededor de su centro de masa común y absorben periódicamente grandes cantidades de material. Esos episodios puntuados de absorción desencadenan explosiones de energía que distorsionan el disco. Y eso tiene implicaciones para cualquier planeta que se forme en el disco de material alrededor de las estrellas.
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Esta imagen es una captura de pantalla de una de las simulaciones MHD (magnetohidrodinámicas) del estudio de la protoestrella binaria. Un puente de gas (amarillo) conecta el par, y las líneas blancas indican un estallido de material que sale como resultado de un episodio de acumulación rápida. Estos poderosos estallidos dan forma y alteran los discos protoplanetarios donde se forman los planetas. Crédito de la imagen: Jørgensen, Kuruwita et al. 2022. |
“El material que cae provocará un calentamiento significativo. El calor hará que la estrella sea mucho más brillante de lo habitual”, dice Kuruwita. “Estas ráfagas romperán el disco de gas y polvo. Si bien el disco se acumulará nuevamente, las explosiones aún pueden influir en la estructura del sistema planetario posterior”.
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Esta figura del estudio muestra parte de la actividad en la protoestrella binaria. Las estrellas orbitan alrededor de su centro de gravedad común, que se muestra con el punto negro. Cuando una de las estrellas absorbe una cantidad elevada de material, destella en brillo y produce un flujo de salida. Debido al movimiento binario de las protoestrellas, los flujos de salida no son bipolares. Crédito de la imagen: Jørgensen, Kuruwita et al. 2022. |
Los episodios de aumento del material que cae son cíclicos. Durante decenas o cientos de años, cada mil años más o menos, el movimiento de material hacia las estrellas se vuelve muy fuerte. Las estrellas binarias se iluminan en decenas o cientos de veces su brillo normal durante estos episodios antes de apagarse.
“El material que cae provocará un calentamiento significativo. El calor hará que la estrella sea mucho más brillante de lo habitual”, dice Kuruwita. “Estas ráfagas romperán el disco de gas y polvo. Si bien el disco se acumulará nuevamente, las explosiones aún pueden influir en la estructura del sistema planetario posterior”.
NGC 1333-IRAS2A es una especie de laboratorio para observar la formación de sistemas jóvenes. Todavía no hay planetas, por lo que es demasiado pronto para concluir qué efecto tiene esta actividad en la formación planetaria o si se pueden formar planetas habitables allí. Pero otros objetos también podrían ser parte de la ecuación de habitabilidad, y el equipo de investigación tiene la intención de utilizar ALMA para estudiar un poco más el sistema, en particular los cometas.
Se sabe que los cometas de nuestro Sistema Solar transportan algunos de los componentes básicos de la vida. Los científicos han detectado el aminoácido glicina en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. También han encontrado sales de amoníaco y compuestos alifáticos. Estos descubrimientos dan peso a la idea de larga data de que los cometas pueden esparcir los materiales para la vida a través de los sistemas solares.
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El cometa 67P visto por Rosetta el 7 de julio de 2015. Por ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0, CC BY-SA 3.0-igo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid =41733207 |
“Es probable que los cometas desempeñen un papel clave en la creación de posibilidades para que evolucione la vida. Los cometas suelen tener un alto contenido de hielo con presencia de moléculas orgánicas. Bien se puede imaginar que las moléculas orgánicas se conservan en los cometas durante las épocas en las que un planeta es estéril y que los impactos posteriores de los cometas introducirán las moléculas en la superficie del planeta”, dijo el profesor Jørgensen.
Investigaciones recientes muestran que los bloques de construcción pueden formarse en granos de hielo en el espacio. Pero en un sistema como NGC 1333-IRAS2A, los episodios de calentamiento pronunciado podrían interrumpir o cambiar la química en ese proceso.
“El calentamiento causado por las ráfagas provocará la evaporación de los granos de polvo y el hielo que los rodea. Esto puede alterar la composición química del material del que se forman los planetas”, dijo Jørgensen.
ALMA puede detectar algunos de estos químicos, particularmente en forma gaseosa. Y puede ver una química compleja. En este estudio, los autores detectaron varias sustancias químicas complejas alrededor de las protoestrellas.
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Esta figura del estudio muestra algunas de las moléculas detectadas alrededor de VLA1, una de las estrellas del par binario. El equipo los detectó en el gas caliente de la envoltura protoestelar. Crédito de la imagen: Jørgensen, Kuruwita et al. 2022. |
“Las longitudes de onda que cubre ALMA nos permiten ver moléculas orgánicas bastante complejas, es decir, moléculas con 9-12 átomos y que contienen carbono. Tales moléculas pueden ser bloques de construcción para moléculas más complejas que son clave para la vida tal como la conocemos”, dijo Jørgensen. “Por ejemplo, los aminoácidos que se han encontrado en los cometas”.
La humanidad tendrá que observar NGC 1333-IRAS2A durante millones de años para ver qué tipo de planetas se forman. Pero no tendremos que esperar tanto para entender algo de la química en el sistema y qué tipo de componentes básicos están presentes. El telescopio espacial James Webb, ALMA, el próximo Square Kilometre Array (SKA) y el European Extremely Large Telescope (E-ELT) trabajarán juntos para detectar la esquiva química. No solo en este joven sistema binario de protoestrellas, sino también en otros.
“El SKA permitirá observar moléculas orgánicas grandes directamente. El Telescopio Espacial James Webb opera en el infrarrojo, que es especialmente adecuado para observar moléculas en el hielo. Finalmente, seguimos teniendo ALMA, que es especialmente adecuado para observar moléculas en forma de gas. La combinación de las diferentes fuentes proporcionará una gran cantidad de resultados emocionantes”, dijo Jørgensen.
"Olas onduladas por el viento, espuma y sombras de olas, sobre el agua de mar azul natural". Así es como detectaremos exoplanetas con océanos
por Evan Gough
Los océanos de nuestro planeta generan firmas luminosas reveladoras cuando la luz del sol se refleja en ellos. Los exoplanetas con una cobertura oceánica significativa pueden hacer lo mismo. ¿Podemos usar las firmas de reflectancia de la Tierra para identificar otros mundos similares a la Tierra con grandes océanos?
Deberíamos poder, eventualmente.
Un nuevo estudio examinó las firmas de luz que se reflejan en los océanos de la Tierra y exploró su flujo y polarización. Los investigadores modelaron dos Tierras: un planeta seco y un planeta húmedo con nubes y atmósfera similares a las de la Tierra. Luego simularon cómo se reflejaría la luz de esos planetas en diferentes condiciones. Descubrieron que solo un océano puede causar que la polarización de la luz se hunda de maneras específicas.
El estudio se titula "Firmas oceánicas en el espectro total de flujo y polarización de exoplanetas similares a la Tierra". La revista Astronomy and Astrophysics lo publicará, pero actualmente está disponible en línea en el sitio de preimpresión arxiv.org. Los autores son V.J.H. Trees y D.M. Stam. Trees es del Instituto Meteorológico Real de los Países Bajos y Stam es de la Universidad Tecnológica de Delft.
Los científicos han encontrado vapor de agua en exoplanetas, pero se detecta espectroscópicamente cuando el planeta está frente a su estrella y la luz de la estrella atraviesa la atmósfera. Esas observaciones revelaron la firma molecular del agua, pero actualmente no hay forma de saber si hay un océano. "... las observaciones reales de los océanos de agua líquida solo son posibles mediante la detección directa de la luz de las estrellas que refleja el planeta", afirma el documento.
Algunas estimaciones científicas muestran que hasta una cuarta parte de los exoplanetas conocidos tienen océanos, aunque gran parte de esa agua puede estar en los océanos subterráneos. En nuestro Sistema Solar, solo el planeta Tierra tiene océanos superficiales. Múltiples lunas en el Sistema Solar tienen océanos subterráneos, y algunos de los planetas enanos probablemente también los tengan.
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La visión de un artista de innumerables exoplanetas. Algunos de los miles de exoplanetas que hemos descubierto deberían tener océanos. Crédito: NASA/JPL-Caltech |
No estamos cerca de detectar océanos bajo la superficie en exolunas, pero a medida que avanza la tecnología de los telescopios, es posible que podamos detectar océanos en planetas similares a la Tierra. Como escriben los autores de este artículo, "las simulaciones numéricas de la luz de las estrellas que se reflejan en los exoplanetas similares a la Tierra predicen las firmas de habitabilidad que se pueden buscar con futuros telescopios".
Los investigadores calcularon tres cosas en sus simulaciones numéricas de exoplanetas: flujo total (F), flujo polarizado (Q) y grado de polarización (Ps). Modelaron los océanos de una manera particular. “Los océanos consisten en superficies reflectantes de Fresnel con olas agitadas por el viento, espuma y sombras de olas, sobre el agua de mar azul natural”, explican. La reflexión de Fresnel es cuando la luz reflejada está en el mismo plano que la luz incidente. También se llama polarización paralela, nombrada así por Augustin-Jean Fresnel. Inventó una lente utilizada en los faros que enfoca la luz en un haz más estrecho.
Es importante medir la polarización de la luz de los océanos porque no se espera que la luz de las estrellas esté polarizada. Además, mientras que las señales de luz se degradan con la distancia, el grado de polarización no lo hace. Desafortunadamente, los astrónomos aún no pueden medir la polarización reflejada por el océano. “Los telescopios terrestres y espaciales actuales no son capaces de medir la luz polarizada que reflejan los exoplanetas similares a la Tierra”, explican los autores.
Pero eso cambiará.
El próximo European Extremely Large Telescope (E-ELT) y el Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), un concepto de telescopio espacial desarrollado por la NASA, podrán medir la luz polarizada. Se utilizarán modelos numéricos como los de este estudio para diseñar los instrumentos y los procedimientos de observación necesarios para detectar la polarización de la luz reflejada por los exo-océanos.
Una de las conclusiones principales de este trabajo se refiere al grado de polarización o Ps. La siguiente imagen compara las Ps de los planetas secos sin nubes con los planetas oceánicos sin nubes.
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Esta figura del estudio compara el grado de polarización de la luz de las estrellas reflejada de los planetas secos sin nubes frente a los planetas oceánicos sin nubes. En la columna de la izquierda, como es el albedo de superficie, donde 0,0 y 0,1 son superficies oscuras y 0,8 es una superficie brillante. En la columna de la derecha, v es la velocidad del viento. 13 m/s es aproximadamente 47 km/h y 1 m/s es aproximadamente 3,6 km/h. Cada línea coloreada por separado es un ángulo de fase diferente. Crédito de la imagen: Trees y Stam, 2022. |
La conclusión principal es que Ps solo cae en ciertas circunstancias, que se pueden medir. Como señalan los autores, "las caídas en Ps solo se observan en los planetas oceánicos y solo cuando el brillo está libre de nubes". Ese es un resumen simplificado de sus resultados, pero muestra que están en algo.
Si, o con suerte, cuando descubramos un exoplaneta con un océano, será un evento histórico. La comunidad de la ciencia espacial está bastante segura de que están ahí afuera y tienen una gran posibilidad de sustentar la vida. Aparecen indicios de exo-océanos cuando los científicos miden la densidad de un exoplaneta frente a su tamaño. Pero tal como está, no hay forma de saber con certeza si estamos detectando un océano superficial.
Estos investigadores han estado trabajando en el problema de detectar exo-océanos desde hace un tiempo y han publicado otros artículos que abordan el tema. Si sus simulaciones son correctas, es posible que estemos desarrollando una forma confiable de detectar mundos oceánicos a grandes distancias. El E-ELT verá la primera luz alrededor de 2027 y será capaz de detectar la luz polarizada de las estrellas reflejada en los océanos.
Tal vez tengamos nuestro primer exoplaneta oceánico confirmado no mucho después.
Astrónomos han encontrado una supertierra cerca de la zona habitable de su estrella
por Michelle Starr
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Impresión artística de una supertierra que orbita alrededor de una enana roja. (Gabriel Pérez Díaz, SMM/IAC) |
El minúsculo movimiento de una pequeña estrella ha revelado la presencia de un exoplaneta super-Tierra, orbitando a una distancia cercana a la habitable.
Alrededor de una débil enana roja llamada Ross 508, ubicada a solo 36,5 años luz de distancia (pero demasiado tenue para ser vista a simple vista), los astrónomos han confirmado la existencia de un mundo de solo 4 veces la masa de la Tierra. Dado lo que sabemos sobre los límites de masa planetaria, eso significa que es probable que el mundo sea terrestre o rocoso, en lugar de gaseoso.
Es poco probable que el exoplaneta, llamado Ross 508 b, sea habitable para la vida tal como la conocemos; sin embargo, el descubrimiento, el primero de una nueva encuesta utilizando el Telescopio Subaru del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en Hawai, demuestra la eficacia de las técnicas utilizadas para localizar pequeños planetas alrededor de estrellas tenues.
La búsqueda de exoplanetas habitables se ve obstaculizada un poco por la naturaleza misma de cómo creemos que son esos exoplanetas. La única plantilla que tenemos es la Tierra: un planeta relativamente pequeño, que orbita a una distancia de su estrella donde las temperaturas son propicias para el agua líquida en la superficie. Esto es lo que se conoce como la 'zona habitable'.
Esos no son los únicos factores en juego, obviamente, Marte cae dentro de la zona habitable del Sol, por ejemplo, pero son los más fáciles de detectar.
Sin embargo, las técnicas que usamos para buscar exoplanetas funcionan mejor en mundos grandes, como gigantes gaseosos, que orbitan a distancias muy cercanas, demasiado calientes para el agua líquida. Eso no significa que no podamos encontrar otros tipos de mundos, pero es más difícil.
La principal técnica para encontrar exoplanetas es el método de tránsito. Esto es lo que usa el telescopio TESS de búsqueda de exoplanetas de la NASA, y Kepler antes que él. Un instrumento mira fijamente a las estrellas, buscando caídas regulares en su luz, causadas por un objeto que orbita regularmente entre nosotros y la estrella.
La profundidad de este tránsito se puede utilizar para calcular la masa del objeto; cuanto mayor sea la curva de luz, causada por planetas más grandes, más fácil será detectarla.
En el momento de escribir este artículo, se han confirmado 3.858 exoplanetas encontrados con este método.
La segunda técnica más fructífera es el método de velocidad radial, también conocido como método de bamboleo o Doppler. Cuando dos cuerpos están bloqueados en órbita, uno no orbita al otro; más bien, orbitan un centro de gravedad mutuo. Esto significa que la influencia gravitatoria de cualquier planeta en órbita hace que una estrella se tambalee ligeramente en el lugar, sí, incluso el Sol.
Por lo tanto, la estrella de luz estelar que llega a la Tierra tiene un desplazamiento Doppler muy débil. Cuando se mueve hacia nosotros, la luz se comprime ligeramente en longitudes de onda más azules, y cuando se aleja, se estira en longitudes de onda más rojas. Esta técnica es mejor para detectar exoplanetas más pequeños con órbitas más anchas.
En 2019, un equipo internacional de astrónomos dirigido por NAOJ se embarcó en una encuesta utilizando el telescopio Subaru para buscar exoplanetas en estrellas enanas rojas tenues mediante la identificación de cambios Doppler en longitudes de onda infrarrojas e infrarrojas cercanas. Esto permite una búsqueda de estrellas enanas rojas más débiles y, por lo tanto, más antiguas y establecidas.
Ross 508 b, descrito en un artículo dirigido por el astrónomo Hiroki Harakawa del Telescopio Subaru, es el primer exoplaneta de la campaña, y es prometedor. El mundo tiene alrededor de 4 veces la masa del Sol y orbita la estrella cada 10,75 días.
Esto está mucho más cerca que la órbita de la Tierra, como habrás notado; pero Ross 508 es mucho más pequeño y más débil que el Sol. A esa distancia, la radiación estelar que incide en Ross 508 b es solo 1,4 veces la radiación solar que incide en la Tierra. Esto coloca al exoplaneta muy cerca del borde interior exterior de la zona habitable de su estrella.
El descubrimiento es un buen augurio para el futuro. Por un lado, Ross 508 b transita por su estrella. Esto significa que TESS, que se dirigió al sector del cielo de la estrella en abril y mayo de este año, puede haber obtenido suficientes datos de tránsito para que los astrónomos disciernan si el exoplaneta tiene una atmósfera. Tales observaciones pueden ayudar a los científicos a caracterizar las atmósferas de mundos que pueden ser más habitables.
Además, Ross 508, con un 18 por ciento de la masa del Sol, es una de las estrellas más pequeñas y débiles con un mundo en órbita descubierto utilizando la velocidad radial. Esto sugiere que las futuras encuestas de velocidad radial en longitudes de onda infrarrojas tienen el potencial de descubrir un gran tesoro de exoplanetas que orbitan estrellas tenues y revelar la diversidad de sus sistemas planetarios.
La investigación del equipo ha sido aceptada en Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Japón y está disponible en arXiv.
Modificado por orbitaceromendoza
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