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Una nueva investigación dirigida por el Southwest Research Institute sugiere que es más probable que los exoplanetas rocosos más jóvenes soporten mejor climas templados similares a la Tierra .
En el pasado, los científicos se han centrado en los planetas situados dentro de la zona habitable de una estrella, donde no hace ni demasiado calor ni demasiado frío para que exista agua superficial líquida. Sin embargo, incluso dentro de esta llamada "zona de Ricitos de Oro", los planetas aún pueden desarrollar climas inhóspitos para la vida.
Sostener climas templados también requiere que un planeta tenga suficiente calor para impulsar un ciclo de carbono a escala planetaria. Una fuente clave de esta energía es la descomposición de los isótopos radiactivos de uranio, torio y potasio. Esta fuente de calor crítica puede impulsar la convección del manto de un exoplaneta rocoso, un movimiento lento y progresivo de la región entre el núcleo y la corteza de un planeta que eventualmente se derrite en la superficie.
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La desgasificación volcánica superficial es una fuente principal de CO2 para la atmósfera, lo que ayuda a mantener caliente el planeta. Sin la desgasificación del manto, es poco probable que los planetas soporten climas templados y habitables como el de la Tierra.
"Sabemos que estos elementos radiactivos son necesarios para regular el clima, pero no sabemos cuánto tiempo estos elementos pueden hacer esto, porque se descomponen con el tiempo", expuso en un comunicado el doctor Cayman Unterborn, autor principal de un artículo de "Astrophysical Journal Letters" sobre la investigación. "Además, los elementos radiactivos no se distribuyen uniformemente por toda la galaxia y, a medida que los planetas envejecen, pueden quedarse sin calor y cesará la desgasificación. Debido a que los planetas pueden tener más o menos de estos elementos que la Tierra, queríamos entender cómo la variación podría afectar al tiempo en que los exoplanetas rocosos pueden soportar climas templados similares a la Tierra".
Estudiar exoplanetas es un desafío. La tecnología actual no puede medir la composición de la superficie de un exoplaneta, y mucho menos la de su interior. Sin embargo, los científicos pueden medir espectroscópicamente la abundancia de elementos en una estrella estudiando cómo interactúa la luz con los elementos en las capas superiores de una estrella.
Usando estos datos, los científicos pueden inferir de qué están hechos los planetas que orbitan una estrella usando la composición estelar como un indicador aproximado de sus planetas.
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"Usando estrellas anfitrionas para estimar la cantidad de estos elementos que entrarían en los planetas a lo largo de la historia de la Vía Láctea, calculamos cuánto tiempo podemos esperar que los planetas tengan suficiente vulcanismo para soportar un clima templado antes de quedarse sin energía", dijo Unterborn.
"Bajo las condiciones más pesimistas, estimamos que esta edad crítica tiene solo alrededor de 2 mil millones de años para un planeta con la masa de la Tierra y alcanza los 5 mil a 6 mil millones de años para planetas de mayor masa en condiciones más optimistas", explicó.
Esta investigación combinó datos de observación directos e indirectos con modelos dinámicos para comprender qué parámetros afectan más la capacidad de un exoplaneta para soportar un clima templado.
Más experimentos de laboratorio y modelos computacionales cuantificarán el rango razonable de estos parámetros, particularmente en la era del Telescopio Espacial James Webb, que proporcionará una caracterización más profunda de objetivos individuales. Con el telescopio Webb, será posible medir la variación tridimensional de las atmósferas de los exoplanetas. Estas mediciones profundizarán el conocimiento de los procesos atmosféricos y sus interacciones con la superficie y el interior del planeta, lo que permitirá a los científicos estimar mejor si un exoplaneta rocoso en zonas habitables es demasiado viejo para parecerse a la Tierra.
"Es más probable que los exoplanetas sin desgasificación activa sean planetas fríos con forma de bola de nieve", dijo Unterborn. "Si bien no podemos decir que los otros planetas no se están desgasificando hoy, podemos decir que requerirían condiciones especiales para hacerlo, como el calentamiento de las mareas o la tectónica de placas. Esto incluye los exoplanetas rocosos de alto perfil descubiertos en el Sistema estelar TRAPPIST-1. Independientemente, los planetas más jóvenes con climas templados pueden ser los lugares más simples para buscar otras Tierras".
