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Las explosiones estelares pueden impulsar la habitabilidad planetaria, sugiere un estudio

En la búsqueda de vida extraterrestre, la Tierra, como el único planeta que se sabe que está habitado, siempre ha sido un punto de partida. “Buscamos algo que nos recuerde a nuestro hogar”, dice Natalie Batalha, astrónoma de la Universidad de California, Santa Cruz. Eso significa un planeta rocoso a la distancia justa de su estrella, una estrella similar al sol, para absorber suficiente luz estelar para permitir que el agua superficial exista en forma líquida.

Pero a medida que los astrónomos han descubierto miles y miles de planetas, se han encontrado con un zoológico desconcertante de mundos diversos. De modo que un planeta rocoso, parecido a la Tierra, por lo que pueden decir los telescopios actuales, podría resultar ser algo bastante diferente a nuestro mundo familiar. Pero, ¿cuán variables y sobrenaturales podrían ser las condiciones en estos planetas rocosos? ¿Y podrían incluso los mundos extremadamente extraños albergar vida?

“¿Cuáles son los procesos físicos que los hacen más diversos?” Dice Batalha. “Eso es lo que estamos tratando de entender”.

Muchos de esos procesos físicos ocurren en las profundidades de un planeta. En particular, el inventario interno de elementos radiactivos de un mundo podría tener un gran impacto en su habitabilidad al calentar su interior. Se piensa que una fuente sólida de calor geofísico es crucial para la tectónica de placas y la generación del campo magnético de un planeta, que a su vez parece crítico para la vida, al menos en la Tierra. Impulsado por el calor interior, la acción similar a una cinta transportadora de las placas tectónicas que se deslizan alrededor de la superficie de la Tierra ayuda a estabilizar el clima del planeta. Al reciclar el carbono a lo largo del tiempo geológico, la tectónica de placas regula el dióxido de carbono en la atmósfera. El campo magnético de nuestro planeta, que ayuda a proteger contra la fuerte radiación cósmica, se forma a partir de corrientes eléctricas que se elevan en capas giratorias de hierro fundido en el núcleo de la Tierra. Este “dínamo” geológico depende de la cantidad de calor radiogénico que haya en el manto.

Ahora, un nuevo estudio encuentra que un mundo habitable puede necesitar la cantidad justa de estos radionucleidos. Demasiado, y un planeta podría carecer de una dinamo para crear un fuerte campo magnético, pero tal vez presumiría de una atmósfera espesa e inhóspita que se desprende de la roca caliente. Demasiado poco, y el tibio interior del planeta podría ser tan frío e inerte que no podría sostener mucha actividad geológica en absoluto, lo que incluso podría frenar la dínamo hasta detenerse.

“Incluso si encuentra un planeta con la misma masa y edad que la Tierra, podría ser radicalmente diferente”, dice Francis Nimmo, geofísico de la Universidad de California, Santa Cruz, y autor principal del estudio, que se publicó la semana pasada. en el Astrophysical Journal Letters.

¿Tienes un planeta habitable? Gracias a tus estrellas de la suerte (neutrones)

Los investigadores no son los primeros en investigar cómo los radionucleidos podrían afectar el interior de un planeta. Pero este artículo “explora, con más detalle que nunca, las consecuencias geofísicas y geodinámicas de diferentes producciones de calor dentro de los exoplanetas terrestres”, dice Stephen Mojzsis, geólogo de la Universidad de Colorado Boulder, que no formó parte de la nueva investigación.

Dentro de nuestro propio planeta, la convección de calor es lo que impulsa la dínamo: globos calientes de hierro fundido se elevan desde las profundidades para encontrarse con el manto más frío de arriba, donde luego se enfrían y se hunden hacia el núcleo. Esta circulación entrega calor al manto, que luego lo libera a través de la superficie a través de la acción de la tectónica de placas. El material caliente del manto rezuma a través de grietas en la corteza en los límites de las placas y otras regiones tectónicamente activas. Y la roca fría de la superficie penetra en el manto caliente, enfriándolo como el hielo agregado a una bebida tostada. Dejando de lado su importancia antes mencionada para regular el clima de la Tierra, sin la tectónica de placas, dice Nimmo, el manto no se podría enfriar de manera eficiente, evitando así que el calor escape del núcleo. Es decir, si la Tierra careciera de tectónica de placas, no habría convección y, por lo tanto, no habría dínamo.

La posesión de un planeta rocoso de una dinamo y tectónica de placas no es una conclusión inevitable. De todos los mundos terrestres que orbitan alrededor de nuestro sol, solo la Tierra cuenta con ambos, en gran parte debido al calor que todavía encierra en su interior. En la actualidad, dice Mojzsis, aproximadamente la mitad del calor de la Tierra queda de su nacimiento, creado a partir de los impactos energéticos de innumerables rocas reunidas por la gravedad a lo largo de decenas de millones de años. La mayor parte del resto del calor interno de nuestro planeta proviene ahora de los radionucleidos torio 232 y uranio 238.

Estos radionucleidos, entre otros, probablemente se forjen en las colisiones cataclísmicas de estrellas de neutrones, cadáveres estelares superdensos que quedan después de la explosión de estrellas masivas. Durante estos eventos, los neutrones se acumulan en núcleos pesados ​​para construir núcleos aún más pesados, algunos de los cuales luego explotan hacia el cosmos más amplio. Tales colisiones son raras y ocurren en una gran galaxia como la Vía Láctea aproximadamente una vez cada 10,000 años. Cada vez, los eventos producen explosiones de radionúclidos que eventualmente encuentran su camino hacia vastas nubes de gas y polvo que ocasionalmente colapsan para formar estrellas y planetas. Debido a que las colisiones son tan escasas, la abundancia de radionucleidos en las estrellas varía ampliamente a lo largo de la Vía Láctea, oscilando entre el 30 y el 300 por ciento de los niveles “locales” en nuestro sistema solar.

Tres versiones de un planeta rocoso con diferentes cantidades de calentamiento radiogénico. El planeta del medio es parecido a la Tierra, con placas tectónicas y un campo magnético generado por dinamo. El planeta superior, con más calentamiento radiogénico, tiene un vulcanismo extremo pero no tiene dinamo ni campo magnético. El planeta inferior, que carece de vulcanismo debido a un calentamiento menos radiogénico, es geológicamente inerte. Crédito: Melissa Weiss UCSC

Un dínamo “Ricitos de oro”

Para ver cómo una gama tan amplia de abundancias de radionúclidos podría afectar a los planetas de masa terrestre, los investigadores se basaron en un modelo de computadora que simula el flujo de calor en el interior de un mundo. Descubrieron que aumentar la cantidad de torio y uranio calienta tanto el manto que actúa como una manta aislante, evitando que el calor se escape del núcleo líquido. Si el calor no puede escapar, no hay convección, lo que significa que no hay dínamo ni campo magnético. Un manto más caliente también produce más volcanes que arrojan gas, lo que puede crear una atmósfera opresivamente densa y sofocante.

Pero si la abundancia de radionúclidos es demasiado baja, el manto se enfría tanto que se endurece. La tectónica de placas se vuelve lenta y, eventualmente, especulan los investigadores, podría cesar por completo. Sin tectónica de placas para enfriar el manto y extraer calor del núcleo, la dínamo se apaga nuevamente.

En ausencia de otra forma de generar calor interno, un planeta habitable podría necesitar una porción justa de radionúclidos, un poco como la temperatura media del cuenco de avena en el cuento de hadas Ricitos de oro y los tres osos.

Para encontrar un planeta así, los astrónomos pueden medir los radionúclidos en su estrella anfitriona observando el espectro de esa estrella, la forma en que la luz de la estrella se divide en sus longitudes de onda constituyentes, codificando las huellas químicas de los elementos. Debido a que tanto la estrella como el planeta nacen de la misma nube de gas y polvo, sus composiciones químicas deberían ser similares. En la práctica, el torio y el uranio son difíciles de medir de esta manera, por lo que en el nuevo estudio, los investigadores proponen buscar europio, otro elemento producido por colisiones de estrellas de neutrones que tiene una firma espectroscópica más clara.

De todos modos, esa es la idea. El modelo es simple y, por un lado, asume desde el principio que el planeta tiene placas tectónicas como la Tierra, dice Craig O’Neill, geofísico de la Universidad Macquarie en Australia, que no participó en el estudio. queda por ver una suposición válida para los exoplanetas ”, dice. “Estos modelos producirán campos magnéticos mucho más fácilmente que los modelos sin tectónica de placas”.

De hecho, nadie está seguro de todos los ingredientes necesarios para la tectónica de placas, dice Nimmo. Los efectos lubricantes del agua sobre los movimientos de las rocas, por ejemplo, podrían ser vitales, aunque todos están de acuerdo en que la receta implica abundante calor interno. Por tanto, no se sabe con certeza cómo depende de los radionucleidos. “Ni siquiera entendemos cómo funciona la tectónica de placas en este sistema solar”, dice.

Mojzsis dice que otra gran incógnita es la formación de planetas, un proceso complicado que puede conducir a variaciones en las reservas mundiales de elementos radiogénicos y calor interno. Por ejemplo, ¿los planetas se forman predominantemente a través de violentas colisiones de rocas del tamaño de una luna o una acumulación algo más suave de enjambres de guijarros? “Según el modelo que elija, puede obtener diferentes resultados en la composición”, dice. La medición de radionucleidos en una estrella anfitriona, entonces, no reflejará necesariamente lo que se encuentra dentro de sus planetas.

Pero si los hallazgos resultan ser ciertos, la búsqueda de europio estelar podría ayudar a los astrónomos a encontrar los sistemas planetarios con más probabilidades de albergar mundos habitables. Eso sería tremendamente útil, dice Batalha, que no formó parte de la investigación. “Saldremos y mediremos la abundancia de estrellas”, agrega. “Y tal vez eso nos ayude a refinar nuestra selección de objetivos para nuestras observaciones iniciales con una futura misión espacial”.

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