Cuando se trata de buscar mundos que puedan soportar la vida extraterrestre, los científicos actualmente confían en el enfoque de la «fruta a la altura».

Como solo conocemos un conjunto de condiciones bajo las cuales la vida puede prosperar, es decir, lo que tenemos aquí en la Tierra, tiene sentido buscar mundos que tengan las mismas condiciones. Estos incluyen estar ubicados dentro de la zona habitable de una estrella, tener una atmósfera estable y poder mantener agua líquida en la superficie.

Hasta ahora, los científicos han confiado en los métodos que hacen que sea muy difícil detectar el vapor de agua en la atmósfera de los planetas terrestres. Pero gracias a un nuevo estudio dirigido por Yuka Fujii del Instituto Goddard para Estudios Espaciales (GISS) de la NASA, eso puede estar a punto de cambiar.

Usando un nuevo modelo tridimensional que toma en cuenta los patrones de circulación global, este estudio también indica que los exoplanetas habitables pueden ser más comunes de lo que pensamos.

El estudio, titulado «NIR-driven Moist Upper Atmospheres of Synchronously Rotating Temperate Terrestrial Exoplanets», apareció recientemente en The Astrophysical Journal.

Además de Fujii, quien también es miembro del Earth-Life Science Institute (Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida) en el Instituto de Tecnología de Tokio, el equipo de investigación incluyó a Anthony D. Del Genio (GISS) y David S. Amundsen (GISS y la Universidad de Columbia).

En pocas palabras, el agua líquida es esencial para la vida tal como la conocemos. Si un planeta no tiene una atmósfera lo suficientemente cálida como para mantener agua líquida durante un período de tiempo suficiente (del orden de miles de millones de años), entonces es poco probable que la vida no pueda emerger y evolucionar.

Si un planeta está demasiado lejos de su estrella, su agua superficial se congelará; si está demasiado cerca, su agua superficial se evaporará y se perderá en el espacio.

Mientras que el agua ha sido detectada anteriormente en las atmósferas de los exoplanetas, en todos los casos, los planetas eran enormes gigantes gaseosos que orbitaban muy cerca de sus estrellas (también conocidos como «Júpiter calientes»”). Como afirman Fujii y sus colegas en su estudio:

Aunque las firmas H2O han sido detectadas en las atmósferas de Júpiter calientes, la detección de firmas moleculares, incluyendo H2O, en planetas terrestres templados es extremadamente desafiante, debido al radio planetario pequeño y la altura de escala pequeña (debido a la temperatura más baja y peso molecular).”

Cuando se trata de exoplanetas terrestres (es decir, rocosos), los estudios previos se vieron obligados a confiar en modelos unidimensionales para calcular la presencia de agua.

Esto consistió en medir la pérdida de hidrógeno, donde el vapor de agua en la estratósfera se descompone en hidrógeno y oxígeno a partir de la exposición a la radiación ultravioleta.

Al medir la velocidad a la que el hidrógeno se pierde en el espacio, los científicos estimarían la cantidad de agua líquida que todavía está presente en la superficie.

Sin embargo, como explican Fujii y sus colegas, dichos modelos se basan en varias suposiciones que no se pueden abordar, que incluyen el transporte global de calor y vapor de agua, así como los efectos de las nubes.

Básicamente, los modelos previos predijeron que para que el vapor de agua llegue a la estratosfera, las temperaturas superficiales a largo plazo en estos exoplanetas tendrían que ser más de 66 °C (150 °F) más altas que las que experimentamos aquí en la Tierra.

Estas temperaturas podrían crear poderosas tormentas convectivas en la superficie. Sin embargo, estas tormentas no pueden ser la razón por la que el agua llega a la estratosfera cuando se trata de planetas que giran lentamente y entran en un estado de invernadero húmedo, donde el vapor de agua intensifica el calor.

Se sabe que los planetas que orbitan cerca de sus estrellas madre tienen una rotación lenta o están bloqueados por mareas con sus planetas, lo que hace improbables las tormentas convectivas.

Esto ocurre bastante a menudo en el caso de los planetas terrestres que se ubican alrededor de estrellas de baja masa, ultrafinas, de tipo M (enanas rojas). Para estos planetas, su proximidad a su estrella anfitriona significa que su influencia gravitatoria será lo suficientemente fuerte como para frenar o detener por completo su rotación.

Cuando esto ocurre, se forman nubes gruesas en el lado este del planeta, protegiéndolas de gran parte de la luz de la estrella.

El equipo descubrió que, si bien esto podía mantener el frío del día y prevenir el aumento del vapor de agua, la cantidad de radiación infrarroja cercana (NIR) podría proporcionar suficiente calor para hacer que un planeta entre en un estado de invernadero húmedo.

Esto es especialmente cierto para M-type y otras estrellas enanas frías, que se sabe que producen más en el camino de NIR. A medida que esta radiación calienta las nubes, el vapor de agua se elevará a la estratosfera.

Para abordar esto, Fujii y su equipo se basaron en modelos tridimensionales de circulación general (GCM) que incorporan la circulación atmosférica y la heterogeneidad climática.

Por el bien de su modelo, el equipo comenzó con un planeta que tenía una atmósfera parecida a la Tierra y estaba completamente cubierto por océanos. Esto permitió al equipo ver claramente cómo las variaciones en la distancia de diferentes tipos de estrellas afectarían las condiciones en las superficies de los planetas.

Estas suposiciones permitieron al equipo ver claramente cómo el cambio de la distancia orbital y el tipo de radiación estelar afectaron la cantidad de vapor de agua en la estratosfera. Como explicó Fujii en un comunicado de prensa de la NASA:

Utilizando un modelo que simula de forma más realista las condiciones atmosféricas, descubrimos un nuevo proceso que controla la habitabilidad de los exoplanetas y nos guía en la identificación de candidatos para estudios posteriores… Encontramos un papel importante para el tipo de radiación que emite una estrella y el efecto que tiene en la circulación atmosférica de un exoplaneta en causar el estado de invernadero húmedo”.

Al final, el nuevo modelo del equipo demostró que, dado que las estrellas de baja masa emiten la mayor parte de su luz en las longitudes de onda NIR, se producirá un estado de invernadero húmedo para los planetas que orbitan cerca de ellos.

Esto daría como resultado condiciones en sus superficies comparables a las que la Tierra experimenta en los trópicos, donde las condiciones son cálidas y húmedas, en lugar de calientes y secas.

Además, su modelo indicó que los procesos impulsados ​​por NIR aumentaron la humedad en la estratosfera gradualmente, hasta el punto de que los exoplanetas que orbitan más cerca de sus estrellas podrían permanecer habitables.

Este nuevo enfoque para evaluar la habitabilidad potencial permitirá a los astrónomos simular la circulación de las atmósferas planetarias y las características especiales de esa circulación, que es algo que los modelos unidimensionales no pueden hacer.

En el futuro, el equipo planea evaluar cómo las variaciones en las características planetarias, tales como la gravedad, el tamaño, la composición atmosférica y la presión superficial, podrían afectar la circulación y la habitabilidad del vapor de agua.

Esto, junto con su modelo tridimensional que tiene en cuenta los patrones de circulación planetaria, permite a los astrónomos determinar la habitabilidad potencial de los planetas distantes con mayor precisión. Como Anthony Del Genio indicó:

Mientras sepamos la temperatura de la estrella, podemos estimar si los planetas cercanos a sus estrellas tienen el potencial de estar en un estado de invernadero húmedo. La tecnología actual será empujada al límite para detectar pequeñas cantidades de vapor de agua en la atmósfera de un exoplaneta. Si hay suficiente agua para ser detectada, probablemente signifique que el planeta está en un estado de invernadero húmedo”.

Más allá de ofrecer a los astrónomos un método más completo para determinar la habitabilidad de exoplanetas, este estudio también es una buena noticia para los cazadores de exoplanetas que esperan encontrar planetas habitables alrededor de las estrellas de tipo M.

Las estrellas de tipo M de baja masa y ultra-fríos son las estrellas más comunes en el Universo, representando aproximadamente el 75 por ciento de todas las estrellas en la Vía Láctea. Saber que podrían soportar exoplanetas habitables aumenta en gran medida las probabilidades de encontrar uno.

Además, este estudio es una gran noticia dado la reciente serie de investigaciones que ha arrojado serias dudas sobre la capacidad de las estrellas de tipo M para albergar planetas habitables.

Esta investigación se realizó en respuesta a los muchos planetas terrestres que se han descubierto alrededor de las enanas rojas cercanas en los últimos años.

Lo que revelaron fue que, en general, las estrellas enanas rojas experimentan demasiadas llamaradas y podrían despojar a sus respectivos planetas de sus atmósferas.

Estos incluyen el sistema TRAPPIST-1 de 7 planetas (tres de los cuales se encuentran en la zona habitable de la estrella) y el exoplaneta más cercano al Sistema Solar, Proxima b .

La gran cantidad de planetas parecidos a la Tierra descubiertos alrededor de estrellas de tipo M, junto con esta clase de longevidad natural de la estrella, ha llevado a muchos en la comunidad astrofísica a pensar en la posibilidad que las estrellas enanas rojas podrían ser el lugar más probable para encontrar exoplanetas habitables.

¡Con este último estudio, que indica que estos planetas podrían ser habitables después de todo, parece que la pelota está efectivamente de vuelta en su cancha!

El estudio científico ha sido publicado en The Astrophysical Journal.