Modelando otras Tierras

Modelando otras Tierras

Por :Francisco M. Pulido Pastor

De los más de 200 planetas extrasolares encontrados hasta el momento, la mayoría no son mundos rocosos como la Tierra. Eso no significa que las Tierras son raras – sólo que no tenemos la capacidad tecnológica para detectar sus sutiles firmas.

En esta entrevista, Barrie Jones discute el por qué los astrobiólogos pueden esperar encontrar muchos planetas semejantes a la Tierra algún día.

Más de 200 planetas extrasolares han sido encontrados hasta el momento, pero nuestro conocimiento sobre esos distantes mundos es muy limitado. En la mayoría de los casos no hemos visto los planetas; sólo sabemos que existen por el efecto que tienen sobre la estrella a la que orbitan.

Pero sabemos que la mayoría de esos planetas son gigantes gaseosos como Júpiter. Esos mundos masivos ejercen un efecto mucho más grande y por tanto más detectable sobre una estrella de lo que lo hace un un planeta diminuto como la Tierra. Sin embargo el sueño de los astrobiólogos es encontrar muchos planetas terrestres rocosos orbitando estrellas distantes.

Según los modelos creados por Barrie Jones, profesor emérito de astronomía en la Universidad Abierta del Reino Unido, la galaxia debería estar bien poblada con tales mundos semejantes a la Tierra. En esta entrevista con Astrobiology Magazine, él explica qué factores afectan a la formación de los mundos terrestres, y al desarrollo de la vida tal como la conocemos, en otros sistemas solares.

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Astrobiology Magazine (AM): No se sabe mucho sobre las condiciones para que existan planetas y la posibilidad de vida en otros sistemas solares. ¿Puede hablarnos sobre su trabajo modelando sistemas planetarios extrasolares?

Barrie Jones (BJ) : Los planetas extrasolares son detectados principalmente por el efecto que tienen en su estrella. A medida que un planeta avanza alrededor de su órbita, la estrella responde moviéndose un poco, y podemos detectar el movimiento de la estrella. Pero para planetas de muy baja masa como la Tierra, en esta fase todavía no podemos detectar el minúsculo movimiento que inducen en su estrella. Por eso la gente como yo que hace modelos por computadora es libre para dejarnos llevar por nuestra imaginación cuando modelamos sistema planetarios extrasolares.

Llegué a este trabajo poco después de que fuera descubierto el primer sistema planetario extrasolar en 1995. El problema que decidí abordar estaba relacionado con la zona habitable alrededor de una estrella, que es el rango de distancias desde la estrella dentro del cual el agua de la superficie de un planeta terrestre es líquida. Si el planeta está demasiado cerca de la estrella el agua se vaporiza, y si está demasiado lejos el agua es hielo sólido. Por tanto la zona habitable es aquella en la que las condiciones son justo las correctas para que el agua permanezca líquida, que es por lo que a veces se le llama la zona de Ricitos de Oro.

Yo me preguntaba, si ponemos una Tierra en la zona habitable de otro sistema planetario, ¿podría sobrevivir allí? ¿O hay planetas gigantes demasiado cerca de la zona habitable, de modo que los planetas del tamaño de la Tierra serían arrojados al espacio interestelar por la gravedad de los gigantes? En nuestro propio sistema solar esto no ha sucedido, por supuesto, porque Júpiter está aparcado lo bastante lejos de nuestra zona habitable. Pero con otros sistemas planetarios, no podemos estar seguros.

Para mi sorpresa, se había trabajado muy poco sobre esta cuestión, aun cuando parecía una pregunta muy obvia que hacerse. Y la gente se la había hecho, pero nadie había hecho gran cosa en modelado por computador. Por eso, con dos estudiantes de investigación, he estado modelando sistemas planetarios extrasolares para identificar cuáles de ellos tienen zonas habitables que podrían albergar Tierras. El resultado en los sistemas planetarios descubiertos hasta la fecha es que en la mitad de ellos podrías tener una Tierra en una órbita establece la zona habitable. Este es un resultado bastante alentador.

Pero por el momento, estoy dejando ese trabajo a un lado. Volveré a él en unos años cuando haya más sistemas conocidos, usando una rápida forma de evaluar la habitabilidad de las zonas habitables que yo desarrollé.

AM: ¿Será conocida como la ecuación de Barrie Jones?

BJ:(risas) Es de hecho la obra por la que soy conocido. Es un algoritmo pero nunca se le hadado nombre. Con este método rápido, podemos trabajar en muchos sistemas.

AM:La mayoría de los planetas encontrados hasta ahora son gigantes gaseosos como Júpiter, que tiene 318 veces la masa de la Tierra. ¿No ha habido, sin embargo, detecciones recientes de planetas menos masivos?

BJ: Si, el más pequeño tiene unas cinco veces la masa de la Tierra. No fue descubierto detectando el movimiento de la estrella, sino cómo afectaba el planeta al brillo aparente de una estrella del fondo – una técnica llamada microlente gravitacional. Sin embargo, la detección del movimiento de una estrella ha dado lugar a casi todos los descubrimientos de planetas extrasolares, y hasta ahora la masa mínima es de unas siete veces la masa de la Tierra. En el presente, los planetas de menor masa están siendo detectados alrededor de enanas M. Estas estrellas tienen menos masa que el Sol, y por tanto se mueven más de lo una estrella de masa solar lo haría. Para estrella de masa solar, pasarán unos cuantos años antes de podamos detectar planetas de masa similar a la Tierra.

AM:¿Quiere decir hasta que tengamos mejor tecnología para la detección, como la próxima misión Darwin? ¿Puede hablarme sobre su papel en esa misión?

BJ: Mi papel en la misión Darwin va a ser analizar todos los sistemas planetarios extrasolares conocidos en esa fecha, y crear una lista priorizando cuáles son más susceptibles de albergar Tierras en sus zonas habitables. Es un proceso de selección de objetivos, un poco como Jill Tarter y el Instituto SETI han hecho buscando planetas que podrían albergar inteligencia.

En la fecha en la que confeccionemos una lista, deberíamos tener la capacidad instrumental con Darwin para detectar si las Tierras están allí o no. ¿Pero a qué estrellas mirar para ver si se puede encontrar una Tierra? No puedes buscar en todo, porque llevaría mucho tiempo observar todos los sistemas planetarios particulares durante el suficiente tiempo para ver si allí hay una Tierra. Si podemos demostrar que para algunos sistemas no hay probabilidad o hay muy poca de tener una Tierra en la zona habitable, pero en otros sistemas hay mucha mayor probabilidad, esa sería una forma obvia de centrar nuestros esfuerzos.

AM: ¿Puede contarnos más sobre el papel de los planetas gigantes gaseosos en permitir que planetas del tamaño de la Tierra existan en una zona habitable?

BJ: En nuestro sistema solar, Júpiter está bastante más allá de la zona habitable. Pero en otros sistemas solares los gigantes gaseosos están mucho más cerca de la zona habitable, y pueden causar problemas a causa de su fuerte gravedad.

Muchos otros sistemas planetarios tienen planetas gigantes más cerca de la estrella que la zona habitable. No es posible que esos planetas gigantes se formaran tan cerca de su estrella, ya que esta región habría sido demasiado caliente durante la fase de formación planetaria. En base a los modelos, comprendemos que estos gigantes deben haberse formado más lejos y después migrado hacia dentro, atravesando la zona habitable, para terminar aparcados bastante cerca de la estrella.

Los planetesimales de la zona habitable se agrupan para formar planetas rocosos como la Tierra, pero los planetas gigantes se forman más rápidamente que los planetas rocosos. Si los gigantes de gas migran a través de la zona habitable, dispersan los planetesimales a su alrededor e incluso devoran parte del material. Según la sabiduría convencional, antes de que nadie se fijase en esto en detalle, no había forma de que se pudieran formar planetas rocosos tras un evento como este, porque no habría suficiente material sobrante. Pero modelos recientes han mostrado que incluso si tienes planetas gigantes colisionando a través de la región de formación de planetas rocosos en la zona habitable, todavía se pueden formar Tierras después.

Si las Tierras pueden formarse después de que los gigantes migren hacia la estrella y se conviertan en “Júpiter calientes”, entonces alrededor del 50 por ciento de los sistemas planetarios podrían tener Tierras en la zona habitable. Estas tierras no habrían sido expulsadas posteriormente por la gravedad del gigante. Sin embargo, si excluimos la posibilidad de Tierras en formación tras la migración de los gigantes a través de las zonas habitables, acabamos teniendo un 16 o 17 por ciento. Hay un gran descenso ya que muchos de los sistemas descubiertos hasta la fecha ¡tienen Júpiter calientes! Por tanto comprender si se pueden formar planetas terrestres después de la migración es importante.

Por lo tanto, la siguiente fase de nuestro trabajo se dirigirá a si tales Tierras pueden formarse, y colaboraremos con la Universidad Queen Mary de Londres para explorar esta posibilidad tan detalladamente como podamos.

AM: ¿Está también implicado en el modelado de atmósferas planetarias?

BJ: No, pero estoy planeando hacer algún trabajo que es relevante para las atmósferas. Quiero ver hasta qué punto los planetas gigantes protegen las atmósferas de un excesivo bombardeo procedente del espacio.

En nuestro sistema solar, Júpiter en particular está pensado para protegernos de un excesivo bombardeo. Júpiter hace eso porque tienes cometas llegando desde el sistema solar exterior. Estos quedan atrapados en la gravedad de Júpiter, y tienen una tendencia a ser devueltos a las profundidades del espacio más que a pasar repetidamente a través del sistema solar interior.

A fin de modelar el sistema solar, necesitaremos tener miles de cuerpos cometarios acribillando la parte interior del sistema, y después sigue el destino de estos cuerpos durante millones de años de tiempo simulado. El problema es que lleva mucho tiempo a las computadoras hacer estas integraciones numéricas. Si pudiéramos agrupar el tiempo de computación podríamos hacer un trabajo fiable. El problema con menos potencia de computación es que tienes que tratar con una pequeña población de cuerpos y no puedes estar bastante seguro de si las estadísticas son buenas.

Pero creo que podemos modelar el sistema solar. Después querremos jugar con él ya que hay muchos otros sistemas ahí fuera. Por eso podemos usar nuestro modelo para calcular lo que sucede si cambiamos la masa de Júpiter, o cambiamos su posición. Podemos ver cómo cambia el efecto escudo para los diferentes tipos de sistemas planetarios que hay ahí fuera.

AM: ¿Qué piensa de la idea de que el efecto escudo de Júpiter ha permitido el desarrollo de la vida compleja sobre la Tierra?

BJ: La gente a menudo afirma que Júpiter ha protegido a la tierra de un bombardeo excesivo, particularmente de cometas, hasta el punto de que ha sido posible el desarrollo de una biosfera avanzada. Yo no creo que tal escudo haya sido necesario.

Yo creo que la vida es tan adaptable que puedes tener colisiones mucho más a menudo de lo que la Tierra ha experimentado y la biosfera sobrevivirá. Será una biosfera diferente de la que tenemos, ya que extinciones como la de los dinosaurios – causada probablemente por un impacto, o que tuvo un gran papel en ella – van a ser mucho más frecuentes, y por tanto podría haber una evolución frustrada. Tienes grandes criaturas en la tierra que son eliminadas a menudo, por lo que no pueden evolucionar. Pero los océanos están mucho más protegidos del efecto de los impactos. Por tanto podrías tener vida simple en la superficie de la Tierra y más compleja bajo la superficie y en los océanos. Por eso soy optimista en lo que respecta a la supervivencia de la vida.

Hay algunos fundamentos científicos para esto. Cada hábitat concebible en la Tierra está ocupado: caliente, frío, ácido, alcalino, de alta presión, etc. Hay incluso una bacteria llamada Deinococcus Radiodurans a la que le gusta vivir en un entorno de alta radiación. Los organismos pluricelulares como nosotros no necesariamente viven en entornos extremos, pero las bacterias no tienen problemas. Ellas heredarán la tierra si sucede lo peor.

Pero incluso para criaturas más grandes de la superficie, soy optimista en que algunas formas sobrevivirían a impactos más frecuentes. Puede que no sean tan grandes como nosotros, pero podrían sobrevivir en hábitats subterráneos que les protegieran de los peores cambios climáticos. Si tenemos un impacto gigante el principal problema es el cambio climático. En el caso de los dinosaurios, se cree que hubo algo parecido a un invierno nuclear. Hubo tanto polvo en la atmósfera que hubo décadas en las que la Tierra estuvo muy fría. Pero las criaturas pequeñas sobrevivieron. Si un impacto gigante hubiese sucedido de nuevo unos cuantos millones de años después, ellas probablemente hubieran salido con vida de nuevo.