Una lista de Exolunas habitables objetivo

¿Existen límites sobre el tamaño que puede tener una luna para orbitar un planeta determinado? Todo lo que tenemos para trabajar, en ausencia de exolunas confirmadas, son los satélites de los planetas de nuestro Sistema Solar, y aquí vemos lo que parece ser una correlación entre la masa de un planeta y la masa de sus lunas. Al menos hasta cierto punto; llegaremos a ese punto en un momento.

Vera Dobos de la Universidad de Groningen, cuyo trabajo actual apunta a sistemas planetarios donde son posibles exolunas habitables. 
Crédito: Universidad de Groningen.

Pero considere: como señalan Vera Dobos (Universidad de Groningen, Países Bajos) y sus colegas en un artículo reciente para Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, si estamos hablando de lunas que se forman en el disco circumplanetario alrededor del joven Sol, la masa total es del orden de 10-4 Mp . Aquí Mp es la masa del planeta. Un planeta con 10 veces la masa de Júpiter, dada esta cifra, podría tener una luna tan grande como un tercio de la masa de la Tierra, y hasta ahora la evidencia observacional apoya la idea de que las lunas pueden formarse regularmente en tales discos. No hay razón para creer que no encontraremos exolunas por miles de millones en toda la galaxia.

Sin embargo, el cálculo de masa anterior es lo que está operativo cuando las lunas se forman en un disco circunplanetario. Para entender nuestra propia Luna, tenemos que hablar de un mecanismo de formación completamente diferente: las Colisiones. Aquí estamos en el díscolo entorno de pinball de un sistema que crece y se asienta, a medida que los objetos grandes encuentran su camino hacia órbitas estables. Las colisiones cambian el juego: las lunas ahora son posibles en proporciones más grandes de luna a planeta con este segundo mecanismo: nuestra Luna tiene una masa de 10−2 masas terrestres. Consideremos también lunas capturadas por interacciones gravitatorias, de las cuales el mejor ejemplo en nuestro sistema es probablemente Tritón.

Lo que nos gustaría encontrar, por supuesto, es una gran exoluna, posiblemente del tamaño de la Tierra, orbitando un planeta en la zona habitable (Habitable Zone, HZ), o tal vez incluso una situación binaria donde dos planetas de este tamaño orbitan un baricentro común (Plutón y Caronte son los más cercanos a este escenario en nuestro sistema). Tenga en cuenta que la búsqueda de exoplanetas, a medida que se vuelve más refinada, ahora muestra planetas con masas más bajas que la de la Tierra y, en algunos casos, más bajas que las de Marte. A medida que avanzamos, las lunas de este rango de tamaño deberían ser detectables.

Pero qué desafío se han propuesto los cazadores de exolunas, particularmente cuando se trata de encontrar objetos habitables. El estado de la técnica exige el uso de la velocidad radial o métodos de tránsito para detectar una exoluna, pero ambos funcionan con mayor eficacia cuando el planeta anfitrión está más cerca de su estrella, una posición que probablemente no sea estable para una Luna grande con el tiempo. Aumente la distancia del planeta desde la estrella hasta la zona habitable y ahora se encuentra en una posición que favorece la supervivencia de la luna pero también complica enormemente la detección.

Lo que Dobos y su equipo han hecho es examinar la habitabilidad de una exoluna en términos de la energía de la estrella anfitriona, así como el calentamiento de las mareas, dejando fuera de escena el calentamiento radiogénico (con todas sus implicaciones para la habitabilidad bajo las superficies oceánicas congeladas). Usando planetas cuya existencia está verificada, como se encuentra en la Enciclopedia de Planetas Extrasolares, ejecutan simulaciones en exolunas hipotéticas que se ajustan a sus criterios: descartan planetas con más de 13 masas de Júpiter y también estrellas por debajo de 0,08 masas solares (es decir enanas marrones).

Al elegir solo mundos con un período orbital conocido o semieje mayor conocido, ejecutan 100,000 simulaciones para los 4140 planetas (que cumplen los requisitos anteriores) para determinar la probabilidad de habitabilidad de una exoluna. 234 planetas hacen el corte, lo que para los propósitos del artículo significa probabilidades de habitabilidad de exolunas de ≥ 1 (mayor o igual que uno) por ciento para estos mundos. 17 planetas de los 234 muestran una probabilidad de habitabilidad superior al 50 por ciento, por lo que estos son buenos candidatos a zona habitable si de hecho pueden producir una luna a su alrededor. No sorprende saber que las exolunas habitables son mucho más probables para los planetas que ya orbitan dentro de la zona habitable de su estrella. Pero me intrigó ver que esto no está revestido de hierro. Considerar:

Más allá del límite exterior de la HZ, donde la radiación estelar es débil y uno esperaría planetas y lunas heladas, todavía encontramos una gran cantidad de planetas con al menos un 10% de probabilidad de habitabilidad para las lunas. Esto es causado por la excentricidad distinta de cero de la órbita del planeta anfitrión (lo que resulta en flujos estelares más altos experimentados periódicamente) y también por el calentamiento de las mareas que surge en la luna. Estos dos efectos, si se mantienen en una escala de tiempo prolongada, pueden proporcionar suficiente flujo de calor adicional para evitar una fase de bola de nieve global de la luna (al empujar el flujo por encima del límite máximo de efecto invernadero).

¡Más buenos escenarios para que los autores de ciencia ficción reflexionen!

Imagen : Esta es la Figura 2 del artículo. Leyenda: Probabilidad de habitabilidad de exolunas alrededor de exoplanetas conocidos en el plano semieje mayor- temperatura efectiva estelar. Los planetas con masas conocidas (con o sin datos de radio) están marcados con círculos, los planetas con radios conocidos solo están marcados con triángulos. Los colores de los marcadores corresponden a la fracción de lunas habitables y los tamaños de los marcadores representan los tamaños de los planetas como se muestra en la leyenda. Nótese que la leyenda solo muestra tres tamaños representativos (Tierra, Neptuno y Júpiter), mientras que el tamaño de los marcadores en la gráfica se escala al tamaño real de los planetas. Las curvas verdes representan los límites de la zona habitable circunestelar para un planeta de 1 masa terrestre: verde oscuro para la HZ conservadora (Con. HZ) y verde claro para la HZ optimista (Opt. HZ).  Crédito: Dobos et al. 2022.

Dado que el tipo espectral de más de la mitad de las estrellas en la Enciclopedia de Planetas Extrasolares no está en la lista, hay mucho juego en estos resultados, aunque los autores señalan el efecto mitigador de las magnetosferas de los gigantes gaseosos como escudos contra la radiación estelar entrante para lunas potencialmente habitables. Aun así, el tipo estelar es claramente un factor importante, y también cabe destacar que, si bien el documento menciona la migración de planetas, sus efectos sobre las exolunas no se consideran. Esto es todo lo que los autores tienen que decir sobre la migración:

Es probable que los planetas gigantes en la ZH circunestelar se formaran a distancias mayores de la estrella y luego migraran hacia adentro a su órbita actual (ver por ejemplo Morbidelli 2010). Durante la migración orbital pueden perder algunas o todas sus lunas, especialmente si la órbita de la luna está cerca del planeta (Namouni 2010; Spalding et al. 2016). Dependiendo de los parámetros físicos y orbitales del planeta y la luna, así como de los ejes semi-mayores inicial y final del planeta, algunas lunas pueden sobrevivir a este proceso, y nuevas lunas también pueden capturarse durante o después de la migración del planeta.

La forma en que la migración afectaría los resultados de este estudio es, por lo tanto, una pregunta abierta. Con lo que terminamos es con lo que los autores consideran una ‘lista de objetivos’ para las observaciones de exolunas, aunque repleta de desafíos. La mayoría de estas exolunas potenciales orbitarían planetas cuyo período orbital es de cientos de días, planetas como Kepler-62f, con un período de 268 días y una probabilidad de habitabilidad del 53 por ciento para una exoluna. Este es un caso interesante, ya que las órbitas lunares estables son más probables alrededor de este mundo con 1,38 radios terrestres. Pero qué trampa tan complicada para nuestras dos técnicas de detección de exolunas.

Debido a que muchos de los planetas en la lista de objetivos son gigantes gaseosos, debemos considerar la probabilidad de que más de una sola luna pueda orbitarlos, tal vez incluso varias lunas grandes donde podría desarrollarse la vida. Ese es un escenario que vale la pena considerar también, el surgimiento independiente de vida en dos lunas que orbitan el mismo exoplaneta. Pero tendrá que esperar mientras refinamos los escenarios de exolunas en futuras observaciones.

El paper

Dobos et al., “A target list for searching for habitable exomoons,” accepted at Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 05 May 2022 (abstract / preprint).

Fuente: Centaury Dreams.

Artículo original: A Habitable Exomoon Target List‘. Paul Gilster. May 17, 2022.

Material relacionado

Otra presentación de la noticia:

Sobre la dificultad de encontrar exolunas

A)_ Un reciente posible descubrimiento

Representación artística de una luna orbitando un planeta gigante.
Crédito: Sci-News.com.

Las lunas en nuestro Sistema Solar son muy comunes. De hecho, vemos uno todas las noches. También sabemos sobre Fobos y Deimos, los mundos oceánicos de Júpiter e incluso sobre el metano en la mayor de las lunas de Saturno. La idea de que un planeta tenga una luna es tan natural para nosotros: hemos observado muchas de ellas en el Sistema Solar. 

Sin embargo, ¿los planetas en otros sistemas planetarios (los llamamos ‘exoplanetas’) tienen lunas? Bueno, no sabemos si hemos observado alguna todavía. En la literatura, solo hay una »exoluna» (luna de un planeta en un sistema planetario más allá del nuestro). Un estudio reciente afirma haber encontrado seis nuevas exolunas. Este es un gran problema. Si se valida, tal descubrimiento representaría un gran paso adelante en la detección de exolunas. En nuestro Sistema Solar, los estudios de las lunas han podido decirnos mucho sobre la formación del sistema y la composición de los planetas. También nos proporcionó pistas potenciales sobre cómo comenzó la vida en la Tierra. Por lo tanto, los descubrimientos de exolunas podrían ayudarnos a comprender los exoplanetas que estamos observando. 

El trabajo siguiente hizo un análisis riguroso de cada uno de estos seis candidatos a exoluna y no concluyó que alguno de ellos fuera una exoluna. 

B)_ Kepler-1625b y su elusiva exoluna

Comparación entre el sistema Kepler-1625b y el sistema Tierra-Luna. Agrandar imagen.  Crédito: NASA/ESA/STScI.

¿Tienen los exoplanetas exo lunas?

Pues con toda seguridad, sí. Sin embargo, confirmar el primer descubrimiento de una exo luna está resultando ser mucho más difícil de lo esperado.

La publicación siguiente lo analiza en detalle.

Las exolunas y la búsqueda de vida extraterrestre

Representación artística del candidato a exoluna Kepler-1625b-i, el planeta al que está orbitando y la estrella en el centro del sistema estelar. Kepler-1625b-i es el primer candidato a exoluna y, si se confirma, la primera luna que se encuentra fuera del Sistema Solar.
Crédito:
 NASA, ESA.

¿Los planetas albergan vida? ¿O son sus lunas las que tienen más probabilidades de soportar formas de vida extraterrestres? Según un astrofísico, las lunas orbitando planetas fuera de nuestro Sistema Solar podrían darnos pistas sobre el grupo de mundos que pueden albergar vida extraterrestre.

¿De qué lunas estamos hablando?

Las llamadas “exolunas” son muy difíciles de encontrar. Tan difíciles, de hecho, que no hay exolunas confirmadas. Ninguna. Los científicos tienen que localizarlas buscando el efecto que tienen sobre los objetos que los rodean. Sin embargo, el Dr. Phil Sutton, de la Universidad de Lincoln en el Reino Unido, tiene una propuesta. Pocos exoplanetas residen en la llamada “zona habitable”. Algunos de ellos, en particular los grandes planetas gigantes de gas del tamaño de Júpiter pueden, de hecho, albergar lunas que contienen agua líquida. Estos planetas gigantes son rutinariamente ignorados en la búsqueda de vida. 

El siguiente artículo lo trata y contiene además una completa selección de recursos sobre las Lunas Oceánicas en nuestro Sistema Solar.

Curiosidades

Las lunas pueden dar pistas sobre lo que hace que los planetas sean habitables

En un nuevo estudio, la científica de Rochester Miki Nakajima y sus colegas concluyen que es más probable que los planetas más pequeños del universo alberguen las lunas fraccionariamente grandes que pueden ser útiles para albergar vida en esos planetas. 
Crédito foto: 
Universidad de Rochester / J. Adam Fenster
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La luna de la Tierra es de vital importancia para hacer de la Tierra el planeta que conocemos hoy: la Luna controla la duración del día y las mareas oceánicas, que afectan los ciclos biológicos de las formas de vida en nuestro planeta. La luna también contribuye al clima de la Tierra al estabilizar el eje de rotación de la Tierra, ofreciendo un ambiente ideal para que la vida se desarrolle y evolucione.

Debido a que la Luna es tan importante para la vida en la Tierra, los científicos conjeturan que una luna puede ser una característica potencialmente beneficiosa para albergar vida en otros planetas. La mayoría de los planetas tienen lunas, pero la luna de la Tierra se distingue porque es grande en comparación con el tamaño de la Tierra; el radio de la Luna es más grande que una cuarta parte del radio de la Tierra, una proporción mucho mayor que la mayoría de las lunas a sus planetas.

Miki Nakajima, Profesora Asistente de Ciencias Ambientales y de la Tierra en la Universidad de Rochester, encuentra significativa esa distinción. Y en un nuevo estudio que dirigió, publicado en Nature Communications, ella y sus colegas del Instituto de Tecnología de Tokio y la Universidad de Arizona examinan la formación de lunas y concluyen que solo ciertos tipos de planetas pueden formar lunas que son grandes con respecto al tamaño de sus planetas anfitriones. El trabajo a continuación lo aborda:

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