T.E.L: 6 min.
Si en la Vía Láctea la mayoría de las estrellas son enanas rojas (tipo M). ¿Por qué la vida conocida yace alrededor de una enana G2, como nuestro Sol?
Un reciente estudio, analiza lo que el astrónomo David Kipping llamó "Paradoja del Cielo Rojo". El profesional tiene un canal de YouTube donde contó su propio análisis. Aquí solo tomaré la idea inicial para luego plantear otro tópico, asociado.
Lo que dice el astrónomo es que nosotros, la única forma de vida conocida hasta ahora, vivimos en un estrella tipo G. El Sol es una estrella enana, si dividimos las estrellas entre gigantes y enanas. Y tiene una temperatura "media", ya que las clases O,B,A, son más calientes y azules.
Otras clases estelares están en el mismo rango medio, las F y las K. Las F-G-K son más amarillas, pero las rojas, de la clase M componen la gran enorme mayoría de estrellas. De esto surge una aparente paradoja ¿Por qué la vida surgió en nuestro mundo, si las enanas rojas son mucho más habituales? Para responder esta pregunta, el astrónomo hizo un análisis bayesiano.
Desde el punto de vista de la probabilidad, es importante establecer si el surgimiento de vida alrededor de este tipo de estrellas, enanas rojas, es equiprobable respecto de otras clases. Es decir, si podemos pensar que las posibilidades de vida son las mismas, o no. Si la respuesta es afirmativa, entonces podemos analizarlo como al lanzar una moneda al aire, donde las dos caras son equiprobables. En tal caso, sería mucho más probable que la vida surgiera en enanas rojas que en estrellas F-G-K, por ser las primeras muchas más en cantidad. Habría que agregar que las enanas rojas tienen "vidas" más largas.
¿Pero es así? ¿La habitabilidad en planetas alrededor de enanas rojas es la misma que en otras clases estelares? Respuesta corta: no se sabe, aunque sí hay ya algunas ideas, pero requieren mayor investigación.
Hasta hace un tiempo, se descartaba a las enanas rojas, estrellas clase M, de la potencialidad de vida, tanto como se excluía a las estrellas gigantes O, B y A.
Las estrellas gigantes, azules, tienen vidas cortas. Su período de equilibrio dura millones de años, lo que sería insuficiente para que la evolución natural actúe. Pero incluso si fuera posible, al agotar su combustible nuclear, se produce su colapso gravitatorio y explotan como supernovas, destruyendo cualquier forma de vida en su vecindad.
Con las enanas M se consideró que no podían hospedar planetas con vida, ya que al emitir poca radiación, la "zona habitable" ubicaría a un potencial planeta muy cerca de la estrella, por lo que tendría rotación sincrónica (bloqueo de marea) con lo que una cara estaría siempre de cara al astro y la otra en la oscuridad permanente.
Vale recordar que el concepto de "zona habitable" fue usado por Stephen Dole en su libro Habitable Planets for Man, en 1964. En un trabajo de 2016, Cockell y otros hicieron una revisión del concepto de habitabilidad. Allí usan este gráfico que asocia la zona habitable con las estrellas según su clase espectral.
Una primera cuestión es que las enanas rojas tienen tamaños que varían mucho, desde un poco más pequeñas que nuestro Sol, hasta estrellas con el 10% de radio que la estrella blanco-amarilla a la que damos vueltas. Por eso, los astrónomos, además de usar letras para las clases estelares, también usan números.
En un paper de 1999, Martin Heath ilustra este rango de tamaños en comparación con una estrella como nuestro Sol (Clase G2). Vemos aquí que las enanas rojas M0 pueden tener un tamaño del 60% del radio solar, mientras las M8 poseen tamaños del 12% en comparación con una estrella como el Sol.
A partir de aquí, el tema de la potencial habitabilidad alrededor de enanas rojas lo abordaré con la información de un trabajo de 2016 de Aomawa L. Shields y otros.
CÓMO SON LAS ENANAS ROJAS
Si las gigantes azules no son un buen lugar para hallar vida, ya que pierden el equilibrio "muy rápido" en comparación con la evolución natural, con las enanas rojas ocurre lo opuesto: toda enana M que existe todavía está en la secuencia principal y seguirá allí mucho tiempo más, ya que su equilibrio dura billones de años. En la Vía Láctea, componen el 70% de las estrellas.
Una primera cuestión es la detección de este tipo de estrellas, poco luminosas, así como la detección de exoplanetas a su alrededor. A diferencia de lo que se podría pensar, el método de tránsito haría más "fácil" descubrir exoplanetas alrededor de enanas M que en estrellas como nuestro Sol. El método de velocidad radial, en cambio, no sería tan útil ya que la actividad magnética generaría cambios similares a la existencia de un planeta.
Se sabe que alrededor de enanas M es más factible encontrar planetas pequeños, entre 0,5 y 4 Radios Terrestres, que entre estrellas F-G-K. Algunos estudios muestran que en exoplanetas terrestres en órbitas excéntricas que los llevan a zonas habitables alrededor de estrellas de baja masa se puede producir un calentamiento de marea en sus interiores como para generar un escenario de efecto invernadero, tipo Venus. Eso llevaría a la desecación del planeta y es probable que ocurra en cuerpos que orbiten estrellas cuyas masas sean menores a 0,3 MS (Masas Solares). Esto implica que el concepto de "zona habitable" sea más complejo en estrellas de baja masa.
Es tentador usar una fórmula simple para calcular la zona habitable en relación a la radiación de una estrella según su masa, pero otros factores pueden influir para que esa potencial habitabilidad sea realmente posible o no.
Figura 5 de A. Shields (2016): de la Figura 13 de Luger y Barnes (2015), una selección de recientemente descubiertas superTierras que podrían tener atmósferas detectables de Oxígeno si se formaron con suficiente cantidad de agua.
La extrema radiación UV (XUV) en la fase pre-secuencia principal- el período de tiempo anterior a asentarse en la Secuencia Principal para comenzar la fusión de hidrógeno en sus núcleos- puede ser alta, ya que esa fase es más larga en enanas M. Si la vida puede comenzar luego de 0,5-1 mil millones de años, en las enanas rojas, los planetas reciben demasiado XUV como para secar océanos. Sin embargo, un estudio indica que sería posible la retención de agua en exoplanetas alrededor de estrellas frías, particularmente el caso de TRAPPIST-1d.
VIDA EXTREMÓFILA
La vida como la conocemos en la Tierra requiere tres cosas: agua líquida; un entorno adecuado para la formación de moléculas orgánicas de elementos esenciales (fósforo, oxígeno, nitrógeno, carbono, hidrógeno, sulfuro); y una fuente de energía, sea estelar o química.
Dadas las posibilidades de temperaturas extremas en las zonas de día y noche de un planeta con rotación sincrónica alrededor de una enana M, la alta actividad estelar durante largos períodos y bajas concentraciones de agua, es posible que tales cuerpos posean formas de vida similares a lo que en la Tierra se llaman "extremófilos".
FOTOSÍNTESIS
El rango del espectro donde ocurre la fotosíntesis en la Tierra está restringido a 400-700 nm, rango llamado "Radiación fotosintéticamente activa" (RFA en español, PAR en inglés).
En un mundo que recibe una gran porción de radiación estelar en el cercano IR de una pequeña estrella, la baja disponibilidad de fotones RFA ha puesto en duda la probabilidad de fotosíntesis en enanas M. Sin embargo, hay bacterias que realizan fotosíntesis que contienen pigmentos que absorben en longitudes IR.
Figura 9 de A. Shields (2017): Límites de zona habitable como una función del tipo estelar y rotación planetaria usando un modelo CAM3 de Yang et al (2014).
CONCLUSIONES
A medida que se lanzan misiones como Kepler o TESS, los astrónomos obtienen más datos de exoplanetas alrededor de enanas rojas. Con el Telescopio James Webb se continuará ese proceso de adquisición de datos, tan importante. Desde la década de 1990 en que se comenzaron a detectar exoplanetas, se puso en duda la posibilidad de vida alrededor de enanas M. En los últimos años, en base a nuevos datos y simulaciones no resultó tan claro que en estas débiles estrellas no se pueda formar vida. En las M7 y M8, de menor masa, las posibilidades parecen menores que en el rango M0-M6. Sin embargo, con los datos actuales, no parece muy probable que la potencial vida que sí pueda existir en exoplanetas alrededor de enanas M pueda evolucionar hacia formas más complejas que extremófilos, aunque la escala de tiempo de este tipo de estrellas podría facilitar una evolución más lenta y más larga.
Por otro lado, la aparente paradoja del cielo rojo también depende de cuántos planetas podrían tener los sistemas M en comparación con estrellas F-G-K. Es lógico suponer que si las estrellas se forman de nubes moleculares de cierta masa, cuanto más grande sean, mayores serán las estrellas y mayor cantidad de planetas podrían tener a su alrededor, pero eso tampoco está del todo claro.
Lo que sí creo que es bien cierto, es que el surgimiento de vida tiene requisitos, es decir, que no surge en cualquier ambiente, por lo que no habrá vida en todos los planetas. Y que en las enanas M, aunque sean una mayoría en nuestra galaxia, solo una fracción tendrá planetas con alguna forma de vida. Todos esos mundos pueden ser una enorme cantidad, aunque se trate de un porcentaje menor, ya que la cantidad total de estrellas es alto. Pero de todos esos planetas con vidas, solo algunos -quizás- logren tener alguna forma de vida evolucionada o "intelectual".
Así, se refuerza la idea de que la Densidad intelectual del Universo es baja. Otro dato que coincide con eso es la lectura de los diarios...:)
LA PARADOJA DEL PROGRESO
Los extremófilos que quizás existan en exoplanetas alrededor de enanas rojas, no tendrán los problemas que sí tenemos aquí.
En la serie Seinfeld, hay un capítulo titulado "The Dinner Party" (Episodio 13, Temp.5). Jerry expone lo que se podría llamar "La paradoja del progreso":
Nunca deberíamos haber llevado a un hombre a la luna. Es un error. Ahora todo se compara con ese único logro. Ahora decimos: "¡No puedo creer que puedan llevar a un hombre a la luna y ¡Prueba mi café!".Creo que todos hubiéramos sido mucho más felices si no hubiéramos llevado a un hombre a la luna. Diríamos: "¿No pueden hacer que la tapa de una botella se abra fácilmente? No me sorprende que no pudieran llevar al hombre a la luna. Las cosas tienen perfecto sentido para mí ahora". Neil Armstrong debería haber dicho: "Ese es un pequeño paso para el hombre, un salto gigante por cada lloriqueo y quejido de cada maldito en la faz de la Tierra".☉
Shouldn’t we be orbiting a red dwarf?
Habitable Planets for Man by Stephen H. Dole
Habitability: A Review
C.S. Cockell et al January 2016 Astrobiology 16(1):89-117
DOI:10.1089/ast.2015.1295
Heath, M.J., Doyle, L.R., Joshi, M.M. et al. Habitability of Planets Around Red Dwarf Stars. Orig Life Evol Biosph 29, 405–424 (1999).
The Habitability of Planets Orbiting M-dwarf Stars
Aomawa L. Shields, Sarah Ballard, John Asher Johnson
Planetary habitability
R. Luger, R. Barnes, E. Lopez, J. Fortney, B. Jackson, and V. Meadows.
Habitable Evaporated Cores: Transforming Mini-Neptunes into Super-Earths in the Habitable Zones of M Dwarfs
Astrobiology.Jan 2015.57-88.
Jun Yang et al 2014 ApJL 787 L2
STRONG DEPENDENCE OF THE INNER EDGE OF THE HABITABLE ZONE ON PLANETARY ROTATION RATE
Seinfeld - Landing the Man on the Moon
Sobre las imágenes
Créditos: David Kipping; Yang et al (2014); Luger et al (2015); A.Shields (2017).
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