El calentamiento por mareas puede afectar las zonas habitables de estos hipotéticos planetas
Los mundos hiceánicos o hicéanos (acrónimo de las palabras 'hidrógeno' y 'océano'), también llamados mundos oceánicos, son planetas cubiertos de océanos que también poseen densas atmósferas de hidrógeno. No existen mundos hiceánicos confirmados, pero sí muchos candidatos. Aunque hasta ahora solo son candidatos, los investigadores sienten curiosidad por su habitabilidad.
Una nueva investigación examina el papel del calentamiento por mareas en su potencial habitabilidad.
Si existen planetas hiceánicos, es probable que sean comunes alrededor de las enanas rojas (enanas M). Las enanas rojas son el tipo de estrella más abundante en la galaxia, y las espesas atmósferas de hidrógeno de los mundos hiceánicos podrían protegerlos del devastador comportamiento de las llamaradas de estas pequeñas y longevas estrellas.
Los mundos hicéanos podrían tener zonas habitables más extensas debido a su abundante agua, pero sus atmósferas de hidrógeno podrían contribuir al descontrolado efecto invernadero. En cuanto a la habitabilidad, estos hipotéticos mundos resultan intrigantes y misteriosos.
En una nueva investigación aceptada para su publicación en The Astrophysical Journal, los autores argumentan que, para los mundos hicéanos cercanos a sus estrellas de baja masa, el calentamiento por mareas puede ser un factor importante para determinar sus zonas habitables. El autor principal es Joseph Livesey, que trabaja en el Departamento de Astronomía y el Centro de Investigación de Orígenes (WiCOR) de Wisconsin, ambos de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Cuando se descubre un nuevo exoplaneta, una de las primeras cosas que los científicos y el público quieren saber es si se encuentra en la zona habitable de la estrella. Los investigadores han logrado avances significativos en la comprensión de las zonas habitables de los planetas rocosos.
"Muchos estudios han parametrizado la zona de habitabilidad (ZH) de los exoplanetas terrestres", escriben los autores. "Los límites exactos de la ZH pueden variar en función de características clave como el tipo de estrella anfitriona, la masa planetaria, la composición atmosférica, etc."
Pero los mundos hiceánicos son muy diferentes a los terrestres. Son subneptunianos con importantes capas de agua y atmósferas dominadas por hidrógeno. Son peculiares, y determinar si se encuentran en zonas habitables requiere un enfoque distinto al de los planetas rocosos.
En nuestro sistema solar, algunas de las lunas gigantes gaseosas tienen capas congeladas con océanos líquidos debajo. Están demasiado distantes como para que el Sol las caliente. La flexión de las mareas es la que mantiene sus océanos líquidos. A medida que lunas como Europa y Encélado orbitan alrededor de Júpiter y Saturno, los gigantes gaseosos, mucho más grandes, atraen a las lunas y estas se flexionan en respuesta. Esta acción genera calor. Por lo tanto, la flexión de marea crea una zona habitable aislada del sol.
Imagen: Hipotético planeta hiceánico con dos satélites naturales (representación artística).
Dado que se espera que muchos mundos hicéanos orbiten cerca de sus estrellas, ¿Puede el calentamiento de las mareas alterar sus zonas habitables?
Los investigadores dicen que la Zona Habitable Hicéana (HHZ), en comparación con la zona habitable terrestre, puede incluir semiejes mayores más pequeños e incluso podría extenderse hasta órbitas planetarias no limitadas. Una ausencia casi total de GEI distintos del hidrógeno junto con un alto albedo permite una mayor proximidad orbital a la estrella, mientras que el calentamiento interno proveniente de fuentes radiogénicas, altas presiones, una capa de agua líquida y masas planetarias mayores extienden la HHZ hacia afuera.
El calentamiento por mareas crea otra fuente de calor además de la radiación estelar. Los mundos hicéanos que siguen órbitas moderadamente excéntricas experimentan flexión y calentamiento por mareas que desplazan la HHZ hacia afuera. Esto crea una HHZ más pequeña que las estimaciones previas basadas en el calentamiento estelar.
Son comunes las órbitas moderadamente excéntricas. Nuestro sistema solar tiene planetas exteriores masivos que han desplazado la órbita de planetas más pequeños hacia la excentricidad. Es probable que muchos otros sistemas solares también las presenten, lo que significa que están desplazando la órbita de planetas más pequeños hacia la excentricidad.
"Estos compañeros exteriores aparecen en sistemas planetarios alrededor de enanas M; se ha descubierto que la tasa de aparición de gigantes en dichos sistemas es de aproximadamente el 10%, y la tasa de aparición de planetas en el rango 10–100M⊕ es de aproximadamente el 20%", escriben los autores.
Imagen: Esta figura muestra la HHZ (regiones sombreadas en azul) y la HHZ oscuro (regiones sombreadas en rojo) alrededor de una estrella de 0,12M⊙ para un planeta hicéano de 7M⊕ y 1,7R⊕ con calentamiento por mareas.
La imagen superior muestra cómo el calentamiento por marea desplaza la HHZ alrededor de estrellas de baja masa. Sin embargo, la mayoría de los candidatos a hiceánico orbitan estrellas más masivas. Los investigadores descubrieron que el efecto del calentamiento por marea en la HHZ depende de la masa de la estrella. Descubrieron que alrededor de estrellas más masivas, el efecto del calentamiento por marea no es tan pronunciado.
Imagen: Esta figura muestra el HHZ y el HHZ oscuro alrededor de estrellas de diversas masas para un planeta hicéano de 7M⊕ y 1,7R⊕.
Esta investigación muestra que la flexión de las mareas en los mundos oceánicos desplaza sus zonas habitables hacia el exterior. Este efecto depende de un planeta acompañante más masivo que puede introducir excentricidad en la órbita del mundo hicéano.
"Es probable que los planetas hiceánicos presenten respuestas de marea más fuertes que un mundo terrestre fiducial", explican los investigadores. "Esperamos que las mareas tengan poco efecto en un planeta solitario con radios orbitales tan pequeños. Sin embargo, la presencia de un gran compañero exterior con excentricidad moderada forzará un ciclo de excentricidad que calentará periódica e indefinidamente el interior del planeta en cuestión y expandirá los límites internos de la HHZ".
Aunque los mundos hicéanos son solo hipotéticos por ahora, su confirmación podría estar a la vuelta de la esquina. Los científicos de exoplanetas se sienten intrigados por su potencial de habitabilidad. Sus extensas atmósferas también los convierten en objetivos atractivos para la espectroscopia atmosférica con telescopios como el JWST. K2-18b es un excelente ejemplo de su potencial. Se trata de un candidato a mundo hicéano que generó repetidamente titulares cuando los astrónomos encontraron en su atmósfera evidencia de vapor de agua, luego dióxido de carbono y metano, luego la potencial biofirma del sulfuro de dimetilo.
"Una posible detección reciente de sulfuro de dimetilo (DMS) en la atmósfera del posible exoplaneta hycean K2-18b podría indicar la presencia de vida oceánica; la única fuente importante de DMS en la Tierra es el fitoplancton", escriben los autores.
Señalan que en los mundos hiceánicos con océanos profundos, las mareas oceánicas generan una cantidad significativa de calor que los organismos pueden aprovechar. Esto los distingue de la Tierra, donde se disipa la energía de las mareas. "Sugerimos, por lo tanto, que las fuertes mareas en los planetas hicéanos podrían proporcionar una importante fuente de energía para la vida y, en última instancia, acelerar la evolución biológica", explican.
La investigación está disponible en el servidor de preimpresiones de arXiv: Tides Tighten the Hycean Habitable Zone
