Cómo el software de modelado de exoplanetas de la NASA simuló las condiciones en Earth-Twin Proxima B

La semana pasada, la Tierra se despertó con la noticia de que tiene un gemelo en órbita alrededor de Próxima Centauri, una estrella enana roja y el vecino más cercano del sol, a solo 4,24 años luz de distancia. Próxima b, como se llama este planeta gemelo, es un poco más grande que la Tierra y orbita su estrella cada 11 días a una distancia que es solo 1/20 de la Tierra al sol.

Pero dado que Proxima Centauri es mucho menos luminosa que el sol, Proxima b se encuentra bien dentro de la llamada zona habitable en la que podría existir agua líquida en su superficie. Eso ha llevado a especulaciones detalladas sobre cómo podría ser la superficie de Próxima b y qué tan probable es que estas condiciones puedan albergar vida.

Pero la NASA tiene una herramienta de modelado de software llamada VPlanet que modela las condiciones de los exoplanetas en función de lo que se sabe sobre ellos, su estrella madre y los procesos de evolución planetaria. VPlanet luego pronostica posibles condiciones en la superficie y predice si el planeta es habitable o no.

Hoy, Rory Barnes y sus amigos del Instituto de Astrobiología de la NASA dicen que han dejado que VPlanet analice los datos recopilados sobre Proxima b. Esto les ha permitido predecir posibles condiciones en Proxima b.

VPlanet comienza desglosando el problema de determinar la habitabilidad de los exoplanetas en nueve tareas separadas, cada una de las cuales explora un aspecto diferente de la evolución planetaria. Por ejemplo, una tarea analiza la evolución de la estrella madre para ver cómo los cambios en la luminosidad, por ejemplo, habrían influido en el entorno inmediato del planeta. Otro analiza el movimiento de este sistema estelar a través de la galaxia, en busca de encuentros cercanos que podrían haber sido influyentes.

Otro módulo más examina el transporte de calor desde el núcleo del planeta a la superficie para ver cómo esto habría influido en la temperatura de la superficie. Y otro simula la forma en que la atmósfera del planeta podría haber escapado al espacio y cuánto permanecería en su lugar hoy. Y así.

Los resultados de este proceso de modelado constituyen una lectura interesante. Una forma de hacer predicciones que involucran situaciones complejas es ejecutar una simulación muchas veces para ver si generalmente terminan en el mismo lugar. VPlanet usa esta técnica para modelar la influencia de las estrellas que pasan en la órbita de Proxima b seleccionando al azar parámetros orbitales razonables para 10,000 simulaciones diferentes. En cada caso, el equipo detuvo la simulación cuando la órbita de Proxima b se volvió inestable.

Esto sucedió en alrededor del 15 por ciento de los ensayos. Eso es importante porque este tipo de inestabilidades tendrían un gran impacto en la habitabilidad de un planeta.

VPlanet también concluyó que si Proxima b se formó a la distancia actual de su estrella, debe estar bloqueada por mareas. En otras palabras, presenta continuamente la misma cara a su estrella, como la luna a la Tierra. Eso haría que un lado del planeta hirviera mientras que el otro estuviera helado. Eso sería inadecuado para la vida.

Sin embargo, hay una advertencia. Si la atmósfera del planeta es lo suficientemente gruesa como para transportar el calor de manera efectiva alrededor del planeta, la temperatura sería mucho más agradable y Próxima b aún podría ser habitable mientras las mareas bloquean.

Por supuesto, el planeta puede haber migrado a su distancia actual desde otro lugar, en cuyo caso no estaría bloqueado por mareas.

El estado de la atmósfera de Proxima b es otra preocupación crucial. En este sentido, VPlanet simula muchos escenarios potenciales a partir de la suposición de que el planeta comenzó la vida con un abundante suministro de agua, varias veces mayor que el de la Tierra. En estas condiciones, VPlanet predice que la mayor parte del agua se descompone y que el hidrógeno resultante escapa al espacio. Si Proxima b se formó con menos de diez veces el contenido de agua de la Tierra, y/o tuvo un océano de magma reductor de convección persistente, es probable que esté desecado hoy, dice el equipo.

Existe otra posibilidad: que Próxima b tuviera una envoltura de hidrógeno que escape al espacio conservando agua en la superficie. En este caso, Proxima b sería habitable hoy, aunque Barnes y compañía no pueden calcular qué tan probable es esto.

En resumen, VPlanet sugiere que Proxima b podría existir actualmente en una amplia gama de estados posibles, algunos de los cuales podrían albergar vida mientras que otros no. Barnes y compañía concluyen que Próxima b podría ser similar a Venus, desecada, caliente y no apta para la vida; podría ser como Neptuno, rodeado por una envoltura de hidrógeno que haría que la superficie fuera demasiado caliente para ser habitable.

VPlanet también predice que Proxima b podría ser tan rico en oxígeno que esto habría impedido la evolución de la vida; el oxígeno, por supuesto, es altamente reactivo y un poderoso oxidante.

Pero la predicción más emocionante es que Proxima b es similar a la Tierra con agua líquida y una atmósfera propicia para la vida. En ese caso, dicen Barnes y compañía, se vería como un punto púrpura pálido cuando finalmente lo observemos.

Eso es un poco sorprendente dado que su estrella madre es una enana roja, pero no tan diferente a la apariencia de la Tierra como un punto azul pálido, si alguien en Próxima b mira hacia aquí.

Por supuesto, lo que los astrobiólogos necesitan ahora son más datos. Próxima b seguramente se convertirá en el planeta más estudiado fuera de nuestro sistema solar. La próxima generación de telescopios espaciales arrojará una luz muy necesaria sobre el asunto. Los datos que recopilen ayudarán a reducir el rango de posibles trayectorias evolutivas que Próxima b podría haber tomado.

El principal de estos observatorios es el Telescopio espacial James Webb, que se lanzará en 2018, y el Telescopio de exploración de infrarrojos de campo amplio, que se lanzará a mediados de la década de 2020. La próxima generación de telescopios terrestres, que tendrán más de 30 metros de ancho, también deberían poder vislumbrar al gemelo de la Tierra.

Estos instrumentos podrán realizar estudios espectrográficos de la atmósfera de Próxima b, en busca de indicios de oxígeno, metano, dióxido de carbono e hidrógeno. Eso podría dar una pista de si las condiciones allí son propicias para la vida. Un día, la Tierra puede incluso despertarse con la noticia de que los astrónomos han detectado un destello en el océano: la luz de las estrellas se refleja en el agua del mar a medida que el planeta gira. Qué momento tan emocionante sería ese.

Ref: arxiv.org/abs/1608.06919 : La Habitabilidad de Próxima Centauri b I: Escenarios Evolutivos; arxiv.org/abs/1608.08620 : La habitabilidad de Próxima Centauri b II: estados ambientales y discriminantes observacionales

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