Exoplanetas y zona de habitabilidad
Una noche despejada en Cabo Polonio, sin luces cerca, se ven miles de estrellas. Casi todas tienen planetas, aunque ninguno se ve ni con el mejor telescopio. ¿Cómo sabemos que están ahí? ¿Y cuál de esos mundos podría tener océanos como los nuestros? Eso es lo que vamos a responder.
¿Qué es un exoplaneta?
Un exoplaneta (o planeta extrasolar) es un planeta que orbita una estrella que no es el Sol. Los planetas del Sistema Solar giran alrededor del Sol; los exoplanetas, alrededor de otras estrellas. Desde 1995 se confirmaron miles.
Hay un problema: una estrella brilla muchísimo y un planeta apenas refleja su luz. Verlo directamente es como intentar distinguir una luciérnaga al lado de un reflector a kilómetros de distancia. Por eso, casi siempre se detectan de forma indirecta: se observa el efecto que el planeta produce sobre su estrella.
Explicá con tus palabras qué es un exoplaneta y en qué se diferencia de un planeta del Sistema Solar. Después mencioná dos métodos que usan los astrónomos para detectar…
Explicá con tus palabras qué es un exoplaneta y en qué se diferencia de un planeta del Sistema Solar. Después mencioná dos métodos que usan los astrónomos para detectar exoplanetas.
Método del tránsito
Si la órbita del planeta está alineada con nuestra visual, de vez en cuando el planeta pasa por delante de su estrella y le tapa una pequeña parte. El brillo baja un poquito, durante unas horas, y después vuelve a su valor normal. Si el fenómeno se repite con regularidad, el intervalo entre caídas es el período orbital del planeta.
Cuanto más grande es el planeta respecto de la estrella, más profunda es la caída. Este método (usado por los telescopios espaciales Kepler y TESS) favorece a los planetas que orbitan cerca: pasan por delante más seguido, y en pocos días se registran varios tránsitos.
Un telescopio espacial registra que el brillo de una estrella disminuye un poco, de forma periódica y durante unas pocas horas, y luego vuelve a su valor normal. ¿Qué…
Un telescopio espacial registra que el brillo de una estrella disminuye un poco, de forma periódica y durante unas pocas horas, y luego vuelve a su valor normal. ¿Qué método de detección de exoplanetas se está aplicando? Describí en una o dos frases qué ocurre en el sistema para que se produzca esa disminución.
Método de la velocidad radial
Se suele decir que el planeta gira alrededor de la estrella, pero en realidad ambos giran alrededor de su centro de masa común. La estrella, mucho más masiva, se mueve en un círculo pequeño: una especie de «bamboleo».
Ese bamboleo hace que la estrella se acerque y se aleje de nosotros alternadamente. Por el efecto Doppler-Fizeau, cuando se acerca su luz se corre hacia el azul, y cuando se aleja, hacia el rojo. Si el corrimiento se repite periódicamente, hay algo que la hace moverse: un planeta.
¿Por qué detecta mejor planetas masivos y cercanos? Un planeta muy masivo tira más de la estrella y la mueve más, así que el corrimiento es mayor y más fácil de medir. Si además está cerca, completa muchas vueltas en poco tiempo y el patrón se repite rápido. Por eso los primeros exoplanetas descubiertos fueron gigantes que orbitan pegados a su estrella.
Una estrella se observa durante varios meses y se detecta que su luz se corre periódicamente hacia el azul y hacia el rojo, alternadamente. a) ¿Qué movimiento de la…
Una estrella se observa durante varios meses y se detecta que su luz se corre periódicamente hacia el azul y hacia el rojo, alternadamente.
- a) ¿Qué movimiento de la estrella indica esa alternancia?
- b) ¿Qué objeto puede ser el responsable?
- c) Explicá por qué este método detecta con más facilidad planetas muy masivos que están cerca de su estrella.
Tipos de exoplanetas
Los exoplanetas son muy variados, y muchos no se parecen a nada del Sistema Solar:
| Tipo | Cómo es |
|---|---|
| Júpiter caliente | Gigante gaseoso, de masa parecida a Júpiter, que orbita muy cerca de su estrella (períodos de días). Temperaturas muy altas. |
| Supertierra | Planeta rocoso (o con mucha roca) más grande que la Tierra, pero bastante menor que Neptuno. No hay ninguno en el Sistema Solar. |
| Gigante de hielo | Parecido a Urano y Neptuno: mucha agua, amoníaco y metano en el interior, con una atmósfera de hidrógeno y helio. |
Los Júpiter calientes fueron los primeros hallados porque cumplen justo lo que facilita la velocidad radial: son muy masivos (mueven mucho a su estrella) y están muy cerca (se repiten rápido las oscilaciones). También son fáciles para el tránsito, porque son grandes y pasan seguido.
Los astrónomos clasifican muchos exoplanetas como «Júpiter calientes», «supertierras» y «gigantes de hielo». a) Describí brevemente cada tipo. b) Explicá por qué los…
Los astrónomos clasifican muchos exoplanetas como «Júpiter calientes», «supertierras» y «gigantes de hielo».
- a) Describí brevemente cada tipo.
- b) Explicá por qué los Júpiter calientes fueron de los primeros exoplanetas en descubrirse con el método de la velocidad radial.
Zona de habitabilidad
La zona de habitabilidad de una estrella es el rango de distancias en el que un planeta podría tener agua líquida en su superficie. Si está demasiado cerca, el agua se evapora; si está demasiado lejos, se congela. Es la zona «ni muy caliente ni muy fría», como el mate: ni hirviendo ni frío.
Se busca agua líquida porque es el disolvente en el que ocurren las reacciones químicas de toda la vida que conocemos.
La zona depende de la luminosidad de la estrella:
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Estrella más luminosa y caliente → la zona está más lejos.
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Estrella más fría y poco luminosa (enana roja) → la zona está más cerca.
Lo que importa es la radiación que recibe el planeta. Un planeta que recibe de su estrella tanta energía como la Tierra del Sol está en una situación parecida, esté a la distancia que esté.
Astrobiología: buscar vida más allá
La zona de habitabilidad es el primer filtro de la astrobiología, la ciencia que busca vida fuera de la Tierra. Para buscarla en exoplanetas de la zona habitable se analiza la luz de su atmósfera y se rastrean biofirmas: gases como el oxígeno o el metano que, juntos, podrían indicar procesos biológicos. Además, los modelos de formación planetaria ayudan a saber dónde es más probable que se formen mundos rocosos con agua.
Definí «zona de habitabilidad» de una estrella. Indicá qué sustancia se considera clave para esa definición y en qué estado debería poder encontrarse sobre la superficie…
Definí «zona de habitabilidad» de una estrella. Indicá qué sustancia se considera clave para esa definición y en qué estado debería poder encontrarse sobre la superficie del planeta.
Dos planetas rocosos, A y B, orbitan estrellas distintas. La estrella de A es más fría y menos luminosa que el Sol; la de B es más caliente y más luminosa que el Sol.…
Dos planetas rocosos, A y B, orbitan estrellas distintas. La estrella de A es más fría y menos luminosa que el Sol; la de B es más caliente y más luminosa que el Sol. Ambos planetas reciben de su estrella una radiación similar a la que la Tierra recibe del Sol.
- a) ¿Cuál de los dos está más cerca de su estrella? Justificá.
- b) Explicá qué le pasa a la ubicación de la zona de habitabilidad cuando la estrella es más luminosa.
¿Estar en la zona alcanza?
No. Estar en la zona de habitabilidad es condición necesaria, pero no suficiente para que haya agua líquida, y mucho menos vida. Influyen también:
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La atmósfera: sin atmósfera, o con una muy delgada, el agua no se mantiene líquida. Una atmósfera con mucho efecto invernadero puede calentar de más.
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La masa y el tamaño del planeta: un planeta pequeño pierde su atmósfera con facilidad; uno muy grande puede retener demasiado gas.
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El campo magnético: protege la atmósfera del viento estelar.
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La composición: si no hay agua en el planeta, no hay agua líquida.
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La actividad de la estrella: fulguraciones y radiación intensa.
El Sistema Solar lo muestra: Marte está dentro del borde externo de la zona, pero su atmósfera es muy tenue y el agua líquida no se sostiene en superficie. Venus, cerca del borde interno, tiene una atmósfera densa con efecto invernadero descontrolado y supera los 450 °C. Y a la inversa, Europa y Encélado están muy lejos, pero tienen agua líquida bajo el hielo por el calentamiento de las mareas.
Estrellas enanas rojas
Las enanas rojas son frías y poco luminosas, por eso su zona de habitabilidad está muy cerca (a veces a una fracción de 1 ua). Planetas con períodos de pocos días pueden estar dentro de ella. Pero vivir tan cerca tiene desventajas:
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Rotación sincronizada: por la fuerza de marea, el planeta siempre muestra la misma cara a la estrella (como la Luna a la Tierra). Un lado tiene día eterno y el otro noche eterna, con posibles diferencias extremas de temperatura.
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Actividad estelar: muchas enanas rojas lanzan fulguraciones intensas que pueden erosionar la atmósfera.
Y una ventaja para detectarlos (la usamos más abajo): como los planetas están cerca y la estrella es chica, transitan seguido y tapan una fracción mayor del disco, así que el tránsito es más profundo y fácil de medir.
Valentina dice: «Si un planeta está dentro de la zona de habitabilidad de su estrella, entonces seguro tiene vida». Mateo responde: «No, pero tampoco alcanza con que…
Valentina dice: «Si un planeta está dentro de la zona de habitabilidad de su estrella, entonces seguro tiene vida». Mateo responde: «No, pero tampoco alcanza con que esté ahí para decir que es habitable».
- a) Argumentá a favor de la postura de Mateo, dando al menos tres factores del planeta (además de la distancia a la estrella) que influyen en que pueda tener agua líquida en superficie.
- b) Proponé un ejemplo del propio Sistema Solar que muestre que la distancia al Sol no es el único factor relevante.
Un equipo estudia una estrella enana roja, más fría y mucho menos luminosa que el Sol, y detecta con el método del tránsito tres planetas rocosos que la orbitan con…
Un equipo estudia una estrella enana roja, más fría y mucho menos luminosa que el Sol, y detecta con el método del tránsito tres planetas rocosos que la orbitan con períodos de pocos días.
- a) Explicá por qué la zona de habitabilidad de esta estrella está mucho más cerca que la del Sol y si es razonable que estos planetas estén dentro de ella.
- b) Mencioná dos desventajas posibles para la habitabilidad de un planeta que orbita muy cerca de su estrella, como la rotación sincronizada y la actividad estelar, explicando en qué consiste cada una.
- c) Indicá qué ventaja tiene, para el método del tránsito, que los planetas orbiten tan cerca de una estrella pequeña.
Resumen
Volvé al principio: sabemos que las estrellas tienen planetas porque vemos cómo les tapan luz o las hacen bambolear, y los mundos más prometedores para el agua líquida son los de la zona de habitabilidad, aunque eso por sí solo no garantiza nada.