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¿Qué tienes que hacer para conseguir un planeta cubierto de agua por aquí?

Crédito de la imagen destacada: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

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Este fue originalmente escrito por Harriet Brettle, invitada por nuestra página-hermana en inglés, Astrobites . Harriet es coordinadora de la Sociedad Planetaria en Londres. Actualmente estudia astrofísica en el Queen Mary de la Universidad de Londres y comenzará un doctorado. En Ciencias Planetarias en el Instituto de Tecnología de California a finales de este año.

A los astrónomos (¡y a Astrobitos!) nos gustan los exoplanetas; particularmente, nos gustan aquellos que pueden tener agua, ya que tienen el potencial para la vida. El agua tiene una capacidad única para participar en procesos bioquímicos: si estamos buscando vida tal como la conocemos, encontrar agua es un buen lugar para comenzar.

Imagen destacada: Impresión artística del planeta Kepler-62f. Crédito de la imagen: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

El artículo de hoy se enfoca en uno de esos exoplanetas, el memorablemente llamado Kepler-62f. Es el planeta más externo en un sistema compuesto de cinco planetas, localizado a 1.200 años luz de la Tierra. Como todos los buenos candidatos para la existencia de pequeños hombres verdes, Kepler-62f se encuentra dentro de la zona habitable de su estrella de anfitriona. Este punto ideal para los planetas es donde el agua líquida puede ser sustentada en la superficie del planeta. La zona habitable no se encuentra demasiado cerca de la estrella, donde hace demasiado calor y el agua se evapora, ni demasiado lejos, donde hace demasiado frío y el agua se congela. Sin embargo, antes de comenzar expediciones de búsqueda, es importante recordar que una distancia favorable a la estrella es sólo una pieza del rompecabezas. En esta investigación, los autores exploran algunos de los otros factores clave, tales como diferentes configuraciones orbitales y climas, para estudiar cómo estos podrían afectar la habitabilidad de Kepler-62f.

Simular, luego simular un poco más

Muchas de las características de Kepler-62f siguen siendo un misterio; sabemos su radio y su periodo orbital, pero no mucho más. Los autores comienzan usando simulaciones de n-cuerpos para precisar las potenciales excentricidades del planeta, lo cual es una medida de cuán circular es la órbita del mismo. Por ejemplo, una órbita con excentricidad cero sería un círculo perfecto. Shields et al. encuentran que la excentricidad tiene un límite superior de 0,32, como se muestra en la Figura 1. Por encima de este límite, la órbita es altamente inestable, y el planeta sería lanzado sin miramientos fuera del sistema.

Figura 1. Este gráfico muestra la fracción de órbitas estables para Kepler-62f, luego de ejecutar numerosas simulaciones, durante 106 años a diferentes excentricidades iniciales. Podemos ver que la proporción de órbitas estables cae en e = 0.32.

Los autores entonces aplican un modelo tridimensional (3D) del clima de la Tierra a Kepler-62f, conocido como el Modelo de Circulación General (GCM, por sus siglas en inglés). A través de este modelo, estudian lo que sucede al cambiar las excentricidades y las composiciones climáticas. Al insertar los límites de excentricidad obtenidos de la simulación de n-cuerpos en el GCM, los autores encuentran múltiples posibles combinaciones de propiedades orbitales y atmosféricas que permiten la presencia de agua líquida en la superficie de Kepler-62f.

Resultados

Asumiendo los niveles actuales de CO2 en la Tierra, los autores encuentran superficies cubiertas de hielo para todos los escenarios de Kepler-62f. Sin embargo, a medida que aumenta el nivel de CO2 en la atmósfera del modelo, también lo hace la temperatura superficial del planeta simulado, tal como se muestra en la Figura 2.

Los resultados muestran que las temperaturas actuales de la Tierra son posibles a 5 bar de CO2 a través del rango de excentricidades. El mejor escenario para las condiciones habitables combina una alta excentricidad con un alto nivel de CO2 atmosférico, permitiendo así un ciclo de carbono activo.

Los autores también encuentran que las órbitas síncronas dan como resultado bajas temperaturas de superficie, al igual que las órbitas más circulares. También se identifican algunos escenarios que resultan en condiciones habitables temporales. Por ejemplo, una alta oblicuidad (más del 60% de inclinación) resulta en temperaturas superiores a la congelación en el hemisferio de verano, incluso con bajos niveles de CO2.

Figura 2. Temperatura de la superficie frente a la concentración de CO2 en el modelo GCM. Los puntos azules muestran órbitas circulares, los puntos rojos muestran órbitas con altas excentricidades (e = 0,32). El aumento del CO2 en la atmósfera aumenta la temperatura de la superficie del planeta. Las órbitas más excéntricas también tienden a tener temperaturas superficiales ligeramente superiores.

¿Qué sigue?

Este trabajo es un ejemplo de cómo los descubrimientos de exoplanetas nos permiten aplicar la ciencia planetaria a un nuevo conjunto de casos (¡gracias, Kepler!).

El planeta elegido en este artículo es sólo uno de los muchos exoplanetas recientemente descubiertos, localizados en la zona habitable  (véase aquí una lista práctica). Este trabajo podría aplicarse a otros exoplanetas y ayudar a enfocar futuras investigaciones en aquellos con mayores posibilidades de habitabilidad. Encontrar la vida en otros planetas todavía está muy lejos, pero si, como Sagan dijo, “En algún lugar, algo increíble está esperando ser conocido”, entonces este trabajo nos trae un paso más cerca de saber dónde buscar.

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