Los rayos cósmicos afectan a la habitabilidad en exoplanetas

Más de un siglo tras su descubrimiento, los rayos cósmicos continúan confundiendo a los científicos. Estas partículas subatómicas y cargadas viajan por el espacio casi a la velocidad de la luz, algunas incluso con energías hasta 100 millones de veces mayores que las que se obtienen en los más potentes aceleradores de partículas terrestres. Se piensa que son núcleos atómicos, la gran mayoría protones o núcleos de hidrógeno.

Cuando impactan contra la atmósfera terrestre generan una  lluvia de otras partículas, incluyendo muones, que son esencialmente versiones más pesadas que sus primos los electrones. Algunas llegan a alcanzar la superficie terrestre, pudiendo dañar la vida en la superficie y en los océanos. Los muones pueden llegar a penetrar hasta cientos de metros bajo la superficie de un planeta.

Los científicos están investigando cómo los rayos cósmicos podrían influir en la habitabilidad de otros mundos. Los cientos de exoplanetas descubiertos durante las últimas dos décadas han abierto la posibilidad de que algunos de ellos pudieran ser el hogar de vida extraterrestre. El interés se está centrando en aquellos mundos que se encuentran en la zona habitable, donde recibirían suficiente calor como para poseer superficies que puedan mantener agua líquida; en la Tierra prácticamente hay vida en todos los lugares donde hay agua líquida.

Es por ello que el nivel de radiación que recibe un planeta controla, en parte, su habitabilidad. Aunque un planeta recibe muchos menos rayos cósmicos que radiación procedente de su estrella, la energía media de los rayos cósmicos es mucho más grande que la que poseen los fotones y protones emitidos desde las estrellas, por lo que es crítico estudiar mejor sus efectos.

Según Dimitra Atri, físico en el Instituto de Ciencias Espaciales Blue Marble, una institución sin ánimo de lucro con una red de científicos a lo largo del planeta: “si la dosis es muy alta, entonces la vida como la conocemos no podría existir”

Los científicos se han concentrado ahora en dos factores que podrían influir en la dosis de rayos cósmicos que alcanzan a la superficie de los planetas: la potencia de su campo magnético y la profundidad de su atmósfera.

“Comencé a pensar en este problema al fijarme en Marte y la Tierra, que son planetas vecinos, pero mientras que en la Tierra ha prosperado la vida en Marte no observamos que haya ocurrido lo mismo. ¿Por qué? El principal factor es que en Marte hay un elevado nivel de radiación, puesto que su atmósfera es muy tenue, comparándola con la terrestre, y no posee un campo magnético que pueda protegerlo de los rayos cósmicos. Así que me pregunté qué posibles escenarios intermedios podrían existir entre ambos extremos”, nos dice Atri.

Los investigadores simularon planetas donde los campos magnéticos variaban desde uno de tipo terrestre hasta otros sin campo alguno, y con atmósferas de tipo terrestre o hasta diez veces la terrestre.

“Sabemos que el campo magnético terrestre nos protege de los dañinos rayos cósmicos, y pensamos que los campos magnéticos tendrían que ser el principal factor de control de la dosis de radiación superficiales”

Inesperadamente, “encontramos que el grosor de la atmósfera planetaria tiene mucha mayor importancia a la hora de limitar la dosis de radiación”, cuenta Atri. “Si cogieras la Tierra y eliminaras completamente el campo magnético, la dosis de radiación se duplicaría. Esto es un gran incremento, pero no suficiente como para que notáramos los efectos. Sin embargo, manteniendo el campo magnético y disminuyendo la atmósfera a la décima parte, la dosis se incrementaría en dos órdenes de magnitud”.

El campo magnético terrestre

Los planetas en torno a enanas rojas se consideran objetivos primarios para la búsqueda de vida extraterrestre, puesto que se trata de estrellas relativamente débiles y muy comunes en el  Universo, componiendo hasta un 80 por ciento del número total de estrellas. Algunos cálculos teóricos han sugerido que es muy probable que los planetas inmersos en las zonas habitables de estas estrellas posean campos magnéticos débiles, especialmente en el caso de las denominadas super-tierras, grandes planetas rocosos con  hasta diez veces la masa terrestre. Los astrobiólogos consideran que esos débiles campos magnéticos los convierten en candidatos menos favorables para la vida, pero estos nuevos descubrimientos sugieren que los campos magnéticos débiles suponen un menor problema para la vida de lo que se pensaba.

Investigaciones futuras permitirán determinar cómo un incremento de radiación afecta a la evolución de la vida. “La mayoría de los estudios realizados para comprobar los efectos de la radiación sobre la vida han expuesto a organismos a grandes dosis de radiación, para ver si sobrevivían o no, pero yo creo que estudios sistemáticos donde se incremente gradualmente los niveles de radiación, nos mostrarían cómo evolucionarían los microorganismos en ambientes que reciban grandes cantidades de rayos cósmicos”, nos cuenta.

Atri y sus colegas B. Hariharan y Jean-Mathias Griessmeier han detallado sus descubrimientos en el número de octubre de la revista Astrobiology.

Galactic cosmic ray induced radiation dose on terrestrial exoplanets

http://arxiv.org/abs/1307.4704

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