En la entrada anterior se dio una estimación del número de planetas que podemos esperar por estrella y se vio que este número dependía grandemente del tipo de estrella. En esta entrada nos centraremos en estimar cuánto de esos planetas pueden ser potencialmente habitables.
El concepto de vida es tremendamente complejo y su estudio está condicionado por el hecho de que solamente conocemos un caso (la Tierra) en donde ha podido desarrollarse. La detección de vida fuera de la Tierra es un enorme reto al que los científicos se enfrentarán en las próximas décadas y que solamente se podrá resolver desde un enfoque multidisciplinar en el que astrofísicos, biólogos y geoquímicos trabajen juntos.
A continuación veremos algunos conceptos básicos que necesitaremos para entender qué ingredientes necesita un planeta para ser habitable, al menos tal y como conocemos la vida en la Tierra. Y el primer concepto básico que necesitamos entender es el de zona de habitabilidad.
Llamamos zona de habitabilidad a la región alrededor de una estrella en la que sería posible la existencia de agua líquida en la superficie de un planeta rocoso. Para que un planeta sea rocoso debe cumplir unas determinadas condiciones: no puede ser demasiado ligero porque su gravedad no será capaz de retener los elementos volátiles que componen su atmósfera y, por tanto, su agua. El límite inferior en masa se acostumbra a situar alrededor de 0.5 masas terrestres. Y también es necesario que tenga una superficie y una atmósfera diferenciadas (donde se situará el agua líquida y, por tanto, una posible biosfera), y ello implica que su masa no puede ser superior a unas diez veces la terrestre. Los planetas que crecen por encima de este límite acaban siendo de tipo gaseoso, sin una superficie diferenciada donde albergar agua en forma líquida.
El principal factor que determina las características de la zona de habitabilidad es la temperatura de la estrellas alrededor de las cuales orbitan los planetas: cuanto más caliente sea una estrella más alejada deberá estar la zona de habitabilidad para garantizar la existencia de agua líquida.
La zona de habitabilidad es un concepto muy atrayente pero, a la vez, muy simple por lo que tiene sus limitaciones. Por un lado, la propia definición puede variar en base a la consideración o no de una serie de parámetros adicionales. Así, por ejemplo, para el desarrollo de vida, además de agua, se necesita que haya química orgánica. Y esto solamente se da en una zona determinada de la zona de habitabilidad denominada zona de abiogénesis. Autores como Schwieterman et al. (2019) aplican una serie de restricciones aún mayores a la zona de habitabilidad para el posible desarrollo de vida compleja. Por otro lado, la ubicación de un planeta en la zona de habitabilidad no es ni condición necesaria (podemos pensar en los océanos subterráneos de agua existentes en satélites como, por ejemplo, Encélado) ni condición suficiente (la Luna, por ejemplo, se encuentra en la zona de habitabilidad del Sistema Solar) para la existencia de agua líquida. No obstante, a pesar de sus limitaciones, la zona de habitabilidad es la región lógica donde empezar a buscar planetas que pudieran albergar vida.
Además de la temperatura de la estrella ya mencionado anteriormente, existen otros parámetros que tienen un impacto directo sobre la zona de habitablidad. Veamos, a continuación, algunos de ellos.
- Estabilidad:
- Actividad estelar:
Guinan et al. (2009) estimaron que tras los primeros dos mil o tres mil millones de años, la actividad en las estrellas M disminuye sustancialmente empezando un largo periodo de relativa calma. Puede parecer un periodo de tiempo muy largo si lo comparamos con el periodo de actividad de nuestro Sol durante su juventud (500 millones de años aproximadamente), pero no debemos de olvidar que las estrellas frías permanecen estables durante decenas de miles de millones de años. Por tanto, un planeta que fuera capaz de sobrevivir a la etapa de alta actividad dispondría entonces de una enorme cantidad de tiempo para el desarrollo de la vida.
La pregunta clave es: ¿puede un planeta sobrevivir a este periodo tan turbulento de la juventud de las estrellas frías? Uno podría pensar que si el planeta poseyera un campo magnético intenso, éste podría servir de escudo frente a la radiación altamente energética procedente de la estrella, tal y como ocurre con el campo magnético de la Tierra y la radiación solar. Sin embargo, tampoco podemos ser excesivamente optimistas con esto ya que el campo magnético de un planeta está asociado con la rotación y éste es muy baja en planetas alrededor de estrellas frías, tal y como se verá en el siguiente punto. Algunos investigadores como Edward Guinan sugieren que si el tamaño del planeta es ligeramente superior al de la Tierra (las llamadas "súperTierras"), este mayor tamaño del núcleo podría compensar, al menos en parte, la baja velocidad de rotación.
- Rotación:
Cuando un cuerpo pequeño se encuentra demasiado cerca de otro cuerpo mayor se produce el fenómeno de anclaje por marea. Cuando esto ocurre, los periodos de rotación y traslación del cuerpo menor se sincronizan, ofreciendo siempre la misma cara al cuerpo mayor. Esto sucede, por ejemplo con la Luna y la Tierra, con Mercurio y el Sol y también con los planetas en la zona de habitabilidad de estrellas M (mucho más cercana a la estrella que la distancia Mercurio-Sol). El anclaje por marea hace que la rotación de estos planetas sea baja y una baja rotación implica un campo magnético débil lo que hace que, en la mayoría de los casos, el blindaje magnético del planeta ante la radiación estelar que describíamos en el apartado anterior sea insuficiente.
Por otro lado, el anclaje por marea hace que las condiciones en la superficie del planeta sean extremas. Una cara del mismo estará expuesta de manera constante a la radiación ionizante procedente de la estrella mientras que la otra cara será un páramo helado. Por tanto, el agua líquida necesaria para la vida no podría existir en ninguna de las dos caras.
Podríamos imaginarnos, no obstante, una "zona de transición" entre las dos caras en donde las condiciones de habitabilidad fuera más suaves. No obstante, las grandes diferencias de temperatura producirían gigantescos huracanes, muchísimo más potentes que los terrestres, que barrerían con inusitada violencia la superficie del planeta.
A pesar de este escenario apocalíptico, existen estudios que aportan un atisbo de esperanza. Algunos sugieren que los fuertes vientos podrían ayudar a repartir el calor entre todo el planeta. Otros (por ejemplo, Del Genio et al. 2019) sugieren la existencia de un océano en la zona de transición que podría aportar calor a las zonas más frías y frío a las más calurosas de manera similar a como lo realizan las corrientes marinas en los océanos terrestres.
Vemos cómo las estrellas frías, aún siendo muy numerosas, presentan diversos problemas. En este escenario de la búsqueda de la estrella con la mejor zona de habitabilidad, el dicho de "la virtud se halla en el término medio" también es aplicable. En este grupo nos encontramos a las estrellas de tipos F,G y K temprano, con tiempos de estancia en la Secuencia Principal suficientes para el desarrollo de vida, e incluso vida inteligente tal y como ocurre en la Tierra.
- Otros factores:
- La excentricidad de su órbita (podría ocurrir que, si la órbita es altamente excéntrica, el planeta puede estar fuera de la zona de habitabilidad, lo que dificultaría enormemente el desarrollo y estabilización de la posible vida).
- La existencia de fuentes de calor adicionales a la radiación estelar como puede ser el calentamiento de marea, probable origen de las posibles fuentes geotermales existentes en el océano subterráneo de Encélado.
- La existencia y el tipo de atmósfera del planeta va a jugar un papel fundamental para la existencia de aguna líquida en la superficie del planeta. Así, por ejemplo, las súperTierras, al tener una mayor gravedad, van a poseer una atmósfera más densa que podría provocar un efecto invernadero similar al que ocurre en Venus.
- La ubicación de la estrella en la galaxia. La zona de habitabilidad galáctica forma un anillo alrededor del centro de la galaxia, desde los 4 hasta los 10 kpc de distancia respecto al centro de la Vía Láctea. Más allá de su límite exterior, la metalicidad de las estrellas es demasiado baja como para permitir la formación de planetas rocososcomo la Tierra, y más cerca del violento centro galáctico la exposición a eventos altamente energéticos como las explosiones de supernovas sería muy hostil para la vida.
La lista, por supuesto, no acaba aquí. En el caso del sistema solar y la Tierra sabemos que hay otros muchos factores que juegan un papel relevante en la habitabilidad de la Tierra: la existencia de un planeta gigante como Júpiter en órbita circular, que proporciona estabilidad a las órbitas del resto de los planetas, la inclinación del eje de rotación de la Tierra, que origina las estaciones y hace que las temperaturas oscilen de modo cíclico en todo el planeta, la existencia de un satélite de gran tamaño como la Luna y su influencia a través de las mareas,... En el caso de los exoplanetas esta lista aumentará con otra serie de factores que, en muchos casos, escaparán a nuestra imaginación.
¿Cuántos planetas habitables existen en nuestra galaxia?
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