Un nou planeta terrestre

L'estrella Proxima és part d'un sistema estel·lar triple, Alfa Centauri, que consiteix de dues estrelles de tipus solar separades per unes 20 UA (1 UA = distància Terra-Sol) i una nana vermella més llunyana, Proxima, a 15000 UA de les altres dues i que és actualment l'estrella més propera al Sol (4.24 anys llum). Proxima és una nana vermella que té el 12% de la massa del sol i la seva brillantor només és un 0.15% de la solar. L'edat estimada d'aquest sistema d'estrelles és semblant a la del Sol, entre 4.5 i 5 mil milions d'anys. Un equip liderat per G. Anglada Escudé ha observat variacions periòdiques en la velocitat de l'estrella que són causades per la presència del planeta. Aquesta detecció, publicada al número del 25 d'agost de la revista Nature, es va fer utilitzant principalment un telescopi d'ESO a Xile, equipat amb l'espectrògraf més precís que hi ha avui dia, l'anomenat HARPS. El planeta, batejat com a Proxima b, és com a mínim 1.27 vegades més massiu que la Terra i completa una òrbita en 11.2 dies, corresponent a una distància estrella-planeta de 0.05 UA. Això pot semblar molt proper, però degut a la baixa brillantor de l'estrella, el planeta només rep el 65-70% de la radiació que la Terra rep del Sol. La massa real del planeta depèn de la seva òrbita, que és desconeguda. La massa més probable és de 1.4 masses terrestres, cosa que el fa segurament un planeta rocós.

Podria ser habitable?

Un descobriment d'aquesta importància ha donat lloc una sèrie d'investigacions en que un equip d'astrònoms d'Espanya, Bèlgica, França, Alemanya, Regne Unit i EUA ha estudiat en detall l'habitabilitat d'aquest planeta, i, en particular, si el planeta podria tenir aigua líquida en la seva superfície. Aquest treball s'ha traduït en dos articles presentats a la revista Astronomy & Astrophysics.

L'evolució de l'estrella i el seu planeta

Tot i que Proxima b se situa avui dia dins l'anomenada "zona habitable" de la seva estrella, on poden existir oceans a la seva superfície, aquest no ha estat sempre el cas. Proxima ha evolucionat de manera diferent a les estrelles de tipus solar i la seva brillantor ha disminuït amb el temps. Al principi de la seva història el planeta va rebre un flux d'energia molt gran. Durant aquesta fase d'escalfament, l'aigua es va vaporitzar en una densa atmosfera que alhora era vulnerable a la radiació d'alta energia de la seva estrella. Proxima, com la majoria de les nanes vermelles, és molt activa i el planeta està exposat a més raigs X i radiació UV-extrema que la Terra. La combinació d'aquests dos factors, vaporització de l'aigua i forta exposició a radiació d'alta energia i partícules, genera l'evaporació de l'atmosfera cap a l'espai i l'erosió del contingut d'aigua. El propòsit del treball ha estat caracteritzar l'espectre de radiació de l'estrella en el rang dels raigs X a UV per tal d'estimar les pèrdues atmosfèriques i determinar si l'aigua i l'atmosfera podrien sobreviure a aquesta fase primerenca calenta. El destí de Proxima b depèn de la quantitat d'aigua i gas del planeta heretada durant la seva formació, que va ser molt diferent de la de la Terra. No sabem si Proxima b va començar la seva història amb més o menys aigua que la Terra i si el planeta encara podria posseir una atmosfera densa i haver mantingut els seus oceans malgrat les pèrdues atmosfèriques inicials.

Habitable Zone

Dos escenaris de l'evolució incial de Proxima b. Podria haver perdut tots els gasos i líquids abans d'entrar a la zona habitable de la seva estrella. O podria haver mantingut la seva aigua i la seva atmosfera fins avui i per tant ser habitable.

El clima d'un Proxima b habitable

A partir de la hipòtesi que el planeta pot albergar aigua i una atmosfera, encara que en quantitats que no podem estimar en l'actualitat, el segon article examina els possibles climes de Proxima b tot explorant una àmplia varietat de composicions atmosfèriques i quantitats d'aigua. Per a fer això, els científics han utilitzat un model climàtic 3D similar al que s'empra per estudiar el clima de la Terra, però especialment desenvolupat per exoplanetes i que inclou totes les característiques rellevants del sistema de Proxima. A la curta distància orbital de Proxima b, les intenses forces de marea exercides per l'estrella permeten només dues rotacions possibles per al planeta. En el primer cas el planeta és síncron, de manera que el seu període de rotació és igual al seu període orbital (11.2 dies) i sempre presenta la mateixa cara a la seva estrella. En el segon cas, el planeta gira 3 vegades cada 2 òrbites (ressonància 3:2, com Mercuri), una situació que es pot donar si l'òrbita és lleugerament excèntrica (cosa que no sabem). En tots els casos, Proxima b no ha de tenir estacions ja que les forces de marea anul·len l'obliqüitat, de manera que l'equador del planeta coincideix amb el pla orbital. Les simulacions numèriques mostren que l'aigua líquida és possible per a una àmplia gamma de composicions atmosfèriques. Depenent del període de rotació i la quantitat de gasos d'efecte hivernacle, l'aigua pot ser present sobre la superfície del planeta només en les regions més assolellades: és a dir, a l'àrea il·luminada per l'estrella de forma permanent en el cas síncron i en una zona tropical en el cas asíncron.

Synchronous

Una simulació numèrica de possibles temperatures superficials a Proxima b duta a terme amb el Planetary Global Climate Model del Laboratoire de Météorologie Dynamique. Aquí s'assumeix que el planeta té una atmosfera de tipus terrestre i que està cobert per un oceà (la línia discontínua és la frontera entre la superfície oceànica líquida i gelada). El planeta es troba en rotació síncrona (com la Lluna al voltant de la Terra) i es mostra aquí com si un observador distant fes una òrbita completa al seu voltant.

Asynchronous






El mateix que a dalt però per al cas d'un planeta atrapat en la ressonància 3:2 (3 rotacions del planeta sobre si mateix per cada revolució al voltant de l'estrella).

Diagram

Aigua líquida superficial?

Cal tenir en compte que l'aigua líquida al subsòl també pot proporcionar condicions d'habitabilitat (similars a la lluna de Júpiter Europa al Sistema Solar). No obstant això, una biosfera així no permetria la detecció remota des de la Terra. Si l'aigua líquida és present a la superfície, la fotosíntesi biològica és possible i aquesta afecta tot l'entorn planetari de manera que potencialment pot ser observable des de distàncies interestel·lars.

El següent pas: veure el planeta

Els autors també han utilitzat els models per simular i preparar-se per a futures observacions. Han analitzat el telescopis que podien veure el planeta, en particular, el telescopi de 39 m E-ELT que ESO s'acaba de començar a construir a Xile. Aquest gran telescopi podrà observar directament Proxima b, tot separant la seva llum de la de l'estrella, cosa que és factible avui en dia només per a alguns planetes gegants de gas acabats de formar. Aquestes observacions ens diran si Proxima b té aigua, una atmosfera i un clima habitable.

No és la Terra 2.0

En qualsevol cas, i encara que és un excel·lent candidat planeta que podria albergar vida, Proxima b no pot ser considerat un bessó de la Terra. Una cosa és certa, de fet: la història de Proxima b i la seva estrella és radicalment diferent de la història de la Terra i el Sol. La formació de Proxima b, la irradiació per la seva estrella, les forces de marea que pateix i que afecten la seva estructura i rotació, els seus possibles climes, etc, no tenen equivalent en la història del nostre planeta.