Alrededor de la mitad de las estrellas similares al Sol podrían albergar mundos potencialmente habitables

Cuando miramos hacia arriba en una noche clara y contemplamos las estrellas, es difícil no preguntarse cuántos otros mundos como la Tierra podrían haber allí. Un planeta extrasolar es un planeta que orbita alrededor de una estrella distinta al Sol. En la antigüedad, mucho antes del primer descubrimiento inequívoco de un planeta extrasolar, se creía que había esencialmente dos posibilidades. Ambas fueron propuestas por los filósofos durante el período Clásico en la Antigua Grecia. Aristóteles ( 384-322 aC) declaró que «No puede haber más mundos que uno». Pero Epicuro (~ 460-370 aC) sostuvo la opinión opuesta de que «Hay infinitos mundos tanto similares como diferentes a este mundo nuestro». 

Más de dos milenios después, y gracias al minucioso trabajo de innumerables generaciones de astrónomos, ahora sabemos con certeza cuál de estos puntos de vista está más cerca de la verdad. Ahora, un equipo de astrónomos dirigido por Steve Bryson nos ha acercado un paso más en nuestra búsqueda para descubrir otros mundos como la Tierra. Para ello utilizaron datos obtenidos con el Telescopio Espacial Kepler y la misión Gaia. Encontraron que alrededor de la mitad de las estrellas similares al Sol de nuestra galaxia podrían albergar planetas rocosos potencialmente habitables, dentro de sus zonas habitables. Bryson es miembro del Centro de Investigación Ames de la NASA.

Figura 1:  Una ilustración del exoplaneta Kepler-452b de tamaño similar a la Tierra. El primero en ser descubierto que reside en la zona habitable de una estrella similar al Sol
Crédito de la imagen: NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle.

El Telescopio Espacial Kepler y sus hallazgos

El Telescopio Espacial Kepler, tuvo como una de sus misiones principales, descubrir planetas rocosos en o cerca de las zonas habitables de sus estrellas anfitrionas. También estimar la fracción de estrellas que podrían albergar tales planetas. La zona habitable de una estrella es aproximadamente, la región donde puede existir agua líquida en la superficie de un planeta que la orbita.

Durante los nueve años y medio durante los cuales estuvo activo, Kepler detectó 2.393 exoplanetas confirmados alrededor de las 530.506 estrellas que observó. Durante la mayor parte de ese tiempo se quedó mirando un solo trozo de cielo , solo del tamaño de una mano con el brazo extendido. 

Para detectar planetas, Kepler utilizó el método de tránsito. Se basa en medir la pequeña caída de brillo que se produce cuando un planeta pasa frente a su estrella anfitriona visto desde la Tierra. Como puede imaginar, esta caída en el brillo es bastante pequeña, alrededor del 1% para un exoplaneta gigante similar a Júpiter. Pero es solo alrededor del 0,1% para un exoplaneta rocoso similar a la Tierra. La NASA retiró el telescopio espacial en 2018 después de que se quedara sin combustible. Pero eso no ha impedido que los astrónomos continúen analizando los datos y haciendo nuevos descubrimientos.

La Ecuación de Drake

El número de planetas potencialmente habitables por sistema estelar en la Galaxia es un término clave en  la ecuación de Drake. Esta es una fórmula probabilística utilizada para estimar el número de civilizaciones detectables que residen dentro de la Vía Láctea. Ninguno de los términos de la ecuación se conoce con exactitud y la mayoría son solo estimaciones aproximadas basadas en la observación. Por esta razón, gran parte de la investigación llevada a cabo en el Instituto SETI (de búsqueda de inteligencia extraterrestre) se centra en encontrar restricciones fiables para estos términos. 

Figura 2: Una ilustración de los diversos términos de la famosa ecuación de Drake. 
El número de planetas potencialmente habitables por sistema solar es uno de los términos clave de la ecuación. 
Crédito de la imagen: Universidad de Rochester.

Combinando los datos de Kepler y Gaia. Incluyendo la ‘instelación’

El equipo realizó un análisis estadístico detallado después de combinar el catálogo de candidatos a planetas de Kepler con datos de la misión Gaia (ESA). Estudios anteriores que intentaron estimar tasas de ocurrencia de planetas similares solo han considerado la distancia del planeta a la estrella. Pero este es el primer estudio de este tipo que considera el ‘flujo de instelación’, (por analogía con insolación, en el caso del Sol). Es la cantidad de energía que cae sobre un planeta desde su estrella anfitriona. 

Esto fue posible gracias a la inclusión de datos de Gaia. Esta misión fue diseñada para construir un mapa 3D ultra preciso de las posiciones y movimientos de las estrellas en la Vía Láctea. Pero también para proporcionar información sobre propiedades estelares, como su  luminosidad y temperatura efectiva. Esto permitió llevar a cabo un análisis de una manera completamente nueva que era más representativa de la diversidad real de estrellas anfitrionas en nuestra galaxia.

Estimando las tasas de ocurrencia

Luego, los investigadores estimaron las tasas de ocurrencia utilizando una variedad de modelos, poblaciones estelares y métodos de cálculo. Limitaron su análisis a exoplanetas de tamaño similar a la Tierra y, por lo tanto, probablemente rocosos (radios entre 0,5 y 1,5 veces el de la Tierra). También se limitaron a estrellas con una edad y temperatura similares al Sol (entre 4800 K y 6300 K aproximadamente). Consideraron dos escenarios utilizando una definición conservadora u optimista de los límites de la zona habitable interior y exterior.

Figura 3: Las distribuciones resultantes de la tasa de ocurrencia de la zona habitable para una variedad de modelos y poblaciones estelares. Las medianas y los intervalos creíbles del 68% se muestran encima de las distribuciones. Los paneles superiores incorporan incertidumbres sobre el radio del planeta, la instelación estelar y la temperatura efectiva estelar. Mientras que los paneles inferiores no incorporan estas incertidumbres. Izquierda: la zona habitable conservadora. Derecha: la zona habitable optimista. Los gráficos muestran cómo se obtuvieron resultados muy similares para los modelos 1 y 2 para ambas poblaciones estelares. 
Crédito: Figura 12 en el paper.

A partir de su análisis, el equipo estima el número medio de planetas con ciertas características, por estrella. Estas son, tener un radio de planeta entre 0,5 y 1,5 radios terrestres y estar dentro de la zona habitable de la estrella.

Resultados del estudio

Encontraron que dicho número de planetas está entre 0,37 y 0,60 para la zona habitable conservadora. Para la zona habitable optimista estimaron entre 0,58 y 0,88 planetas por estrella. Esto significa que, incluso utilizando la estimación más conservadora, podría haber hasta 300 millones de planetas potencialmente habitables en nuestra galaxia y probablemente muchos más. También mostraron que es probable que haya al menos cuatro planetas potencialmente habitables dentro de unos 30 años luz del Sol. El más cercano de ellos probablemente esté a unos 20 años luz de distancia.

Discusión y trabajo futuro

Aunque el equipo llevó a cabo un análisis muy cuidadoso de los datos, las incertidumbres en sus estimaciones siguen siendo bastante grandes. Esto es debido a la pequeña cantidad de planetas rocosos detectados por Kepler. Es probable que el trabajo futuro ayude a refinar aún más estas estimaciones.  Saber cuán comunes son los diferentes tipos de exoplanetas podría ayudar a guiar el diseño de futuras misiones espaciales en busca de exoplanetas potencialmente habitables.

Fuente: astrobites.

Artículo original: «Around Half of Sun-Like Stars Could Host Potentially Habitable Worlds«. Jamie Wilson. Nov 12, 2020.

Astrobites es una revista de literatura astrofísica diaria escrita por estudiantes graduados en Astronomía, desde 2010. Su objetivo es presentar un artículo interesante por día en un formato breve que sea accesible para estudiantes. El artículo actual es el comentario del siguiente paper.

Título: The Occurrence of Rocky Habitable Zone Planets Around Solar-Like Stars from Kepler Data

Autores: S. Bryson, M. Kunimoto, R. Kopparapu et al.

Institución del primer autor: NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA, USA.

Estado: Publicado en «The Astronomical Journal» [open access].

Material relacionado

Un estudio anterior: Hasta seis mil millones de planetas similares a la Tierra en nuestra galaxia

Representación artística de cómo podría ser el exoplaneta Kepler 22b. 
Fue descubierto por el telescopio satelital Kepler. Kepler 22b probablemente recibe una cantidad similar de luz y calor de su estrella como lo hace nuestra Tierra de nuestro Sol. 
Crédito: NASA / Ames / JPL-Caltech. 

Este trabajo publicado a mediados de año, es otro análisis . El artículo a continuación lo presenta y contiene además una selección de recursos sobre el tema.

Buscando Mundos Habitables

Kaltenegger presenta una gráfica de radio versus masa de exoplanetas medidos. 
Créditos: Li Zeng, Harvard, Kaltenegger, 2017.

Lisa Kaltenegger pronunció la Conferencia plenaria Fred Kavli en la Reunión de verano de este año, de la American Astronomical Society (AAS). Habló sobre los desafíos, oportunidades y aventuras que se encuentran en nuestra búsqueda de mundos habitables. Comenzando por poder observar solo un puñado de exoplanetas, ahora hemos llegado a detectar más de 4000. Entonces podemos comenzar a hacer estadísticas con ellos. Hemos encontrado miles de mundos nuevos que muestran una gran diversidad en sus propiedades. Explorar esta diversidad a través de modelos teóricos puede ayudarnos a comprender la física de los planetas y sus estrellas anfitrionas.

El artículo siguiente lo presenta.

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