Los mundos alienígenas más extraños están más allá de los sueños más locos de los astrónomos
Los mundos extraterrestres que brillan como bombillas o albergan lluvia de roca fundida están revelando la profunda diversidad cósmica de los planetas y señalando el camino para encontrar aquellos que realmente se parecen a nuestra propia Tierra familiar.
Concepto artístico del planeta gigante de clase Júpiter KELT-9 b (primer plano) en una órbita ardiente alrededor de su enorme estrella anfitriona de color blanco azulado. Bombardeadas por la luz de las estrellas, las cimas de las nubes de este planeta son más calientes que las superficies de algunas estrellas, y la atmósfera del mundo se está evaporando gradualmente hacia el espacio.
Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA/Chris Smith (USRA)
Planetas en los que llueve hierro, planetas consumidos por su estrella madre o planetas con océanos que abarcan todo el mundo: la variedad de exoplanetas conocidos ha superado con creces incluso las ideas más fantásticas de la ciencia ficción. Y apenas estamos arañando la superficie; Sólo se han confirmado varios miles de mundos de un billón estimado o más sólo en nuestra galaxia. Pero si bien nos hemos vuelto bastante buenos detectando exoplanetas, caracterizarlos (discernir cómo es realmente su entorno) es otra hazaña mucho más difícil. Sin embargo, utilizando meros hilos de luz recogidos a través de telescopios, los astrónomos pueden combinar modelos inteligentes, suposiciones razonables y un trabajo detectivesco serio para descubrir estas riquezas. Y se necesitarán todas estas herramientas y más para reclamar el verdadero premio: el descubrimiento de vida en otro mundo.
Un mundo incandescente
Por ejemplo, tomemos el caso de HD 104067. Se trata de una estrella anaranjada que se encuentra a unos 66 años luz de distancia y es algo más pequeña que nuestro propio sol. En 2011, los astrónomos anunciaron el descubrimiento de un planeta de clase Júpiter en una órbita estrecha de 55 días alrededor de esta estrella. Más recientemente, los astrónomos continuaron con observatorios terrestres y espaciales para combinar sus estudios con algunos conjuntos de datos que se remontan a 1997. Los resultados de todo ese esfuerzo hercúleo son unas pocas líneas en una trama que indican qué tan rápido la estrella se tambalea hacia adelante y hacia atrás a lo largo de nuestra línea de visión.
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Eso es todo lo que un astrónomo necesita para jugar un juego de novela policíaca gravitacional. Los planetas se mueven en una órbita regular que influirá en el movimiento de la estrella de manera repetible, como una oscilación estelar de vaivén que los astrónomos suelen asociar con un mundo invisible que los acompaña. Sin embargo, lo que puede parecer una única oscilación puede verse mejor como multitudes superpuestas a lo largo del tiempo causadas por la influencia combinada de múltiples planetas que marchan según su propio ritmo orbital alrededor de una estrella. Con suficientes datos, los astrónomos pueden desentrañar las arquitecturas de un sistema planetario completo a partir de una estrella tambaleante, revelando no sólo nuevos mundos sino también la ausencia de planetas. Por ejemplo, utilizando miles de configuraciones planetarias de modelos de juguete para HD 104067, los astrónomos pudieron decir de manera concluyente qué tipos de planetas son no orbitando esta estrella.
Pero los astrónomos encontraron algo más enterrado en los datos: la oscilación estelar de un nuevo planeta con masa de Urano ubicado dentro de la órbita de su hermano mayor de escala Júpiter. Dentro eso En el bamboleo secundario hubo algo más: los primeros indicios débiles de un mundo terrestre en una órbita de 2,2 días.
¿Cómo sería la vida en este mundo terrestre más interior? Aquí es donde entra en juego otra capa de modelización. Dada la masa estimada de un planeta a partir de la fuerza de la oscilación que induce en su estrella, y asumiendo que el planeta es vagamente parecido a la Tierra (en el sentido de que está hecho en gran parte de roca sólida y metal en lugar de líquido o gas), los astrónomos pueden simular cómo responde a las fuerzas gravitacionales de su estrella madre y de sus dos hermanas mayores e incómodamente cercanas.
En el caso del pequeño mundo recién descubierto que gira alrededor de HD 104067 aproximadamente cada dos días, dicho modelo sugiere que este planeta experimenta importantes estiramiento y compresión de marea que entrega energía más que suficiente para derretir su superficie. Esta es esencialmente una versión mucho más intensa de lo que le sucede a Io, la luna hipervolcánica de Júpiter en nuestro propio sistema solar. De hecho, esa energía equivale a una temperatura superficial de alrededor de 2.600 kelvin, lo que hace que este pequeño cuasi primo de la Tierra sea literalmente incandescente, como una bombilla incandescente del tamaño de un planeta.
Minería de datos para exoplanetas distantes
Sí, este análisis. podría estar mal, pero si está mal, no es de manera obvia. Cada afirmación hecha se basa en datos brutos o en suposiciones bien entendidas sobre cómo opera la física en el universo.
Pero quizás nuestros mayores logros de comprensión provengan de aún menos datos: mediciones de tan solo un pequeño punto de luz, sin algún tipo de campaña de observación de larga duración y que dure varios años. En las condiciones adecuadas, los astrónomos pueden medir el espectro de un planeta para obtener rápidamente una estimación de su composición atmosférica.
Por ejemplo, los astrónomos utilizaron el telescopio espacial James Webb (JWST) para identificar metano, dióxido de carbono y la posible presencia de un compuesto llamado sulfuro de dimetilo en la atmósfera del exoplaneta K2-18 b. Basándose en modelos de este tipo de atmósfera, algunos astrónomos creen que este planeta es un mundo “hiceano”, uno que presenta un océano de agua líquida que se extiende por todo el globo bajo una espesa atmósfera de hidrógeno.
Otros planetas son mucho más extraños. Otra investigación reciente del JWST se centró en el mundo WASP-43 b, “Júpiter caliente”, un orbe hinchado y gaseoso que gira en una órbita cercana infernalmente caliente alrededor de su estrella. Este planeta transita a través de la cara de su estrella, visto desde la Tierra, y está “bloqueado por mareas”, lo que significa que siempre presenta el mismo hemisferio a su estrella. Observaciones anteriores realizadas por los telescopios espaciales Hubble y Spitzer habían utilizado esta peculiaridad de la geometría orbital para medir las temperaturas del lado nocturno del planeta (visto en el momento de su tránsito) y del lado diurno (visto cuando el planeta está a punto de pasar detrás de su estrella, como visto desde la Tierra). Pero la visión más aguda del JWST ha permitido a los astrónomos discernir detalles más sutiles y crear eficazmente un mapa meteorológico de WASP-43 b. Y el pronóstico es de temperaturas de fusión de metales, vientos que soplan a más de 5.000 millas por hora y nubes compuestas no de vapor de agua sino de roca fundida.
Biosferas de azufre
Todo este trabajo de detective será necesario en las próximas décadas a medida que los astrónomos construyan las herramientas y técnicas para buscar vida fuera del sistema solar. La próxima NASA Observatorio de los mundos habitablescuyo lanzamiento está previsto en algún momento de la década de 2040, apuntará a varias docenas de exoplanetas cercanos con el objetivo de obtener imágenes directas de ellos, pero la mayor parte de la información útil provendrá de espectros de alta resolución. La evidencia clave probablemente vendrá en forma de puntos de datos conocidos como biofirmas atmosféricas—esencialmente una o más sustancias químicas en el aire de un mundo extraño que pueden explicarse mejor por la vida que prospera en el planeta.
En nuestro propio mundo, nuestra atmósfera probablemente tendría mucho menos oxígeno y metano, por ejemplo, sin fotosíntesis y microbios anaeróbicos. Pero la atmósfera de la Tierra ha experimentado cambios radicales a lo largo de los últimos miles de millones de años; algunas de nuestras propias biofirmas serían descubiertas por un equivalente extraterrestre del Observatorio de Mundos Habitables, y otras no. No hace falta decir que los astrónomos han pasado años reuniendo un rico catálogo de posibles biofirmasfalsos positivos abióticos y criterios de detección diseñar un programa de encuestas lo más amplio posible; después de todo, No estamos exactamente seguros de cómo se verá la vida extraterrestre o cómo afectará su atmósfera.—Al mismo tiempo que aumentan nuestras posibilidades de conocer la vida cuando la vemos.
Aún así, la mayor parte del trabajo en esta dirección es especulativo y está sujeto a cambios. Por ejemplo, un papel preimpreso recientemente aceptado para su publicación en el Cartas de revistas astrofísicas utilizaron simulaciones de climas globales en exoplanetas hycean, junto con algunas suposiciones razonables sobre la eficiencia con la que la luz ultravioleta de una estrella madre podría destruir los gases de azufre generados por la vida, para modelar la detectabilidad de las biofirmas de azufre. En la Tierra, estos gases de azufre no duran mucho, pero puede que no siempre haya sido así en el pasado, y las atmósferas espesas y brumosas de los mundos hycean pueden permitir que el azufre se acumule en el lado nocturno en un grado detectable. Nuestro primer indicio de vida extraterrestre puede ser un sutil olor espectral a azufre, o no. La confiabilidad de esta hipótesis depende de qué tan bien confíe en nuestros modelos y suposiciones sobre cómo se comportan estos mundos.
Pase lo que pase, comprender los exoplanetas será una tarea difícil que requerirá muchos desarrollos paralelos en tecnología, métodos y comprensión física. Nuestros primeros signos de vida en exoplanetas pueden ser solo en forma de un susurro, un ligero aumento en un espectro o un resultado extraño del resultado de un modelo. Como muchos grandes descubrimientos científicos del pasado, este resultado no será anunciado con un “¡Eureka!” sino más bien un “Hmm, eso es raro”.