Algunos exoplanetas helados pueden tener géiseres y océanos habitables

géiseres en Encelado
La nave espacial Cassini de la NASA tomó esta imagen de Encelado el 30 de noviembre de 2010. La sombra del cuerpo de Encelado en las partes inferiores de los chorros es claramente visible. NASA/JPL-Caltech/Instituto de Ciencias Espaciales

Estos océanos subterráneos podrían albergar vida si tuvieran otras necesidades, como suministro de energía

Un estudio de la NASA amplía la búsqueda de vida más allá de nuestro sistema solar al indicar que 17 exoplanetas (mundos fuera de nuestro sistema solar) podrían tener bajo capas de hielo océanos de agua líquida, un ingrediente esencial para la vida. En ocasiones, el agua de estos océanos podría hacer erupción a través de la corteza de hielo en forma de géiseres.

El equipo científico calculó la cantidad de actividad de géiseres en estos exoplanetas, la primera vez que se realizan estas estimaciones. Identificaron dos exoplanetas lo suficientemente cerca como para poder observar con telescopios signos de estas erupciones.

La búsqueda de vida en otras partes del universo normalmente se centra en exoplanetas que se encuentran en la "zona habitable" de una estrella, una distancia donde las temperaturas permiten que el agua líquida persista en sus superficies. Sin embargo, es posible que un exoplaneta demasiado distante y frío todavía tenga un océano debajo de una corteza de hielo si tiene suficiente calentamiento interno.

Tal es el caso de nuestro sistema solar, donde Europa, una luna de Júpiter, y Encelado, una luna de Saturno, tienen océanos subterráneos porque se calientan por las mareas generadas por la atracción gravitacional del planeta anfitrión y las lunas vecinas.

Estos océanos subterráneos podrían albergar vida si tuvieran otras necesidades, como suministro de energía, así como elementos y compuestos utilizados en moléculas biológicas. En la Tierra, ecosistemas enteros prosperan en completa oscuridad en el fondo de los océanos, cerca de fuentes hidrotermales, que proporcionan energía y nutrientes.

"Nuestros análisis predicen que estos 17 mundos pueden tener superficies cubiertas de hielo pero reciben suficiente calentamiento interno debido a la desintegración de elementos radiactivos y fuerzas de marea de sus estrellas anfitrionas para mantener los océanos internos", dijo la Dra. Lynnae Quick del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, autora principal de la investigación.

"Gracias a la cantidad de calentamiento interno que experimentan, todos los planetas de nuestro estudio también podrían presentar erupciones criovolcánicas en forma de columnas similares a géiseres".

géiseres en Encelado y Europa

Imagen: Criovulcanismo explosivo en forma de columnas parecidas a géiseres en dos de los mundos oceánicos de nuestro sistema solar. Izquierda: Erupciones criovolcánicas en el polo sur de Encelado, la luna de Saturno (crédito: NASA/JPL-Caltech/SSI). Derecha: Observaciones ultravioleta del Telescopio Espacial Hubble de erupciones criovolcánicas en el polo sur de Europa, la luna de Júpiter (crédito: NASA/L. Roth). Al facilitar el transporte de agua líquida y energía entre sus interiores y superficies, una actividad similar podría crear ambientes habitables en planetas oceánicos fríos.

El equipo examinó las condiciones de 17 exoplanetas confirmados que son aproximadamente del tamaño de la Tierra pero menos densos, lo que sugiere que podrían tener cantidades sustanciales de hielo y agua en lugar de roca más densa. Aunque se desconoce la composición exacta de los planetas, las estimaciones iniciales de las temperaturas superficiales de estudios anteriores indican que son mucho más fríos que la Tierra, lo que sugiere que sus superficies podrían estar cubiertas de hielo.

El estudio mejoró las estimaciones de la temperatura de la superficie de cada exoplaneta al recalcular utilizando el brillo superficial conocido y otras propiedades de Europa y Encelado como modelos. El equipo también estimó el calentamiento interno total en estos exoplanetas utilizando la forma de la órbita de cada exoplaneta para obtener el calor generado por las mareas y agregándolo al calor esperado de la actividad radiactiva.

Las estimaciones de la temperatura de la superficie y el calentamiento total dieron el espesor de la capa de hielo para cada exoplaneta, ya que los océanos se enfrían y se congelan en la superficie mientras se calientan desde el interior. Finalmente, compararon estas cifras con las de Europa y utilizaron los niveles estimados de actividad de los géiseres en Europa como base conservadora para estimar la actividad de los géiseres en los exoplanetas.

criovulcanismo en mundos oceánicos fríosImagen derecha: El inicio del criovulcanismo en mundos oceánicos fríos.

Predicen que las temperaturas de la superficie son más frías que las estimaciones anteriores hasta 60 grados Fahrenheit (16 grados Celsius). El espesor estimado de la capa de hielo osciló entre aproximadamente 190 pies (58 metros) para Proxima Centauri b y una milla (1,6 kilómetros) para LHS 1140 b a 24 millas (38,6 kilómetros) para MOA 2007 BLG 192Lb, en comparación con el promedio estimado de Europa de 18 millas (casi 29 kilómetros).

La actividad estimada del géiser pasó de sólo 17,6 libras por segundo (aproximadamente 8 kilogramos/segundo) para Kepler 441b a 639.640 libras/segundo (290.000 kilogramos/segundo) para LHS 1140b y 13,2 millones de libras/segundo (seis millones de kilogramos/segundo) para Proxima Centauri b, en comparación con Europa a 4.400 libras/segundo (2.000 kilogramos/segundo).

"Dado que nuestros modelos predicen que los océanos podrían encontrarse relativamente cerca de las superficies de Proxima Centauri b y LHS 1140 b, y su tasa de actividad de géiseres podría exceder la de Europa entre cientos y miles de veces, los telescopios tienen más probabilidades de detectar actividad geológica en estos planetas", dijo Quick, quien presentará esta investigación el 12 de diciembre en la reunión de la Unión Geofísica Americana en San Francisco, California.

Esta actividad podría verse cuando el exoplaneta pasa frente a su estrella. Ciertos colores de la luz de las estrellas podrían verse atenuados o bloqueados por el vapor de agua de los géiseres. "Las detecciones esporádicas de vapor de agua en las que la cantidad de vapor de agua detectada varía con el tiempo sugerirían la presencia de erupciones criovolcánicas", dijo Quick.

El agua podría contener otros elementos y compuestos que podrían revelar si puede sustentar vida. Dado que los elementos y compuestos absorben luz en colores "característicos" específicos, el análisis de la luz de las estrellas permitiría a los científicos determinar la composición del géiser y evaluar el potencial de habitabilidad del exoplaneta.

Para planetas como Proxima Centauri b que no cruzan sus estrellas desde nuestro punto de vista, la actividad de los géiseres podría detectarse mediante potentes telescopios capaces de medir la luz que el exoplaneta refleja mientras orbita su estrella. Los géiseres expulsarían partículas heladas a la superficie del exoplaneta, lo que haría que el exoplaneta pareciera muy brillante y reflectante.

Un artículo sobre la investigación se ha publicado en el Astrophysical Journal: Prospects for Cryovolcanic Activity on Cold Ocean Planets

Etiquetas: ExoplanetaHabitableOcéano

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