Un nuevo planeta terrestre

La estrella Proxima es parte de un sistema estelar triple, Alfa Centauri, que consiste de dos estrellas de tipo solar separadas por unas 20 UA (1 UA = distancia Tierra-Sol) y una enana roja más lejana, Proxima, a 15000 UA de las otras dos y que es actualmente la estrella más cercana al Sol (4.24 años luz). Proxima es una enana roja que tiene el 12% de la masa del Sol y su brillo es solo un 0.15% del solar. La edad estimada de este sistema de estrellas es similar a la del Sol, entre 4.5 y 5 mil millones de aƱos. Un equipo liderado por G. Anglada Escudé ha observado variaciones periódicas en la velocidad de la estrella que son causadas por la presencia del planeta. Esta detección, publicada en el número del 25 de agosto de la revista Nature, se hizo utilizando principalmente un telescopio de ESO en Chile, equipado con el espectrógrafo más preciso que hay hoy en día, el llamado HARPS. El planeta, bautizado como Proxima b, es como mínimo 1.27 veces más masivo que la Tierra y completa una órbita en 11.2 días, correspondiente a una distancia estrella-planeta de 0.05 UA. Esto puede parecer muy próximo, pero debido a la baja brillo de la estrella, el planeta sólo recibe el 65-70% de la radiación que la Tierra recibe del sol. La masa real del planeta depende de su órbita, que es desconocida. La masa más probable es de 1.4 masas terrestres, lo que lo hace seguramente un planeta rocoso. ¿Podría ser habitable?

Un descubrimiento de esta importancia ha dado lugar una serie de investigaciones en que un equipo de astrónomos de España, Bélgica, Francia, Alemania, Reino Unido y EEUU ha estudiado en detalle la habitabilidad de este planeta, y, en particular, si el planeta podría tener agua líquida en su superficie. Este trabajo se ha traducido en dos artículos presentados en la revista Astronomy & Astrophysics.

La evolución de la estrella y su planeta

Aunque Proxima b se sitúa hoy en día en la llamada "zona habitable" de su estrella, donde pueden existir océanos en su superficie, éste no ha sido siempre el caso. Proxima ha evolucionado de manera diferente a las estrellas de tipo solar y su brillo ha disminuido con el tiempo. Al principio de su historia el planeta recibió un flujo de energía muy grande. Durante esta fase de calentamiento, el agua se vaporizó en una densa atmósfera que a la vez era vulnerable a la radiación de alta energía de su estrella. Proxima, como la mayoría de las enanas rojas, es muy activa y el planeta está expuesto a más rayos X y radiación UV-extrema que la Tierra. La combinación de estos dos factores, vaporización del agua y fuerte exposición a radiación de alta energía y partículas, genera la evaporación de la atmósfera hacia el espacio y la erosión del contenido de agua. El propósito del trabajo ha sido caracterizar el espectro de radiación de la estrella en el rango de los rayos X a UV para estimar las pérdidas atmosféricas y determinar si el agua y la atmósfera podrían sobrevivir a esta fase temprana caliente. El destino de Proxima b depende de la cantidad de agua y gas del planeta heredada durante su formación, que fue muy diferente de la de la Tierra. No sabemos si Proxima b comenzó su historia con más o menos agua que la Tierra y si el planeta todavía podría poseer una atmósfera densa y haber mantenido sus océanos a pesar de las pérdidas atmosféricas iniciales.

Habitable Zone

Dos escenarios de la evolución inicial de Proxima b. Podría haber perdido todos los gases y líquidos antes de entrar en la zona habitable de su estrella. O podría haber mantenido su agua y su atmósfera hasta la fecha y por lo tanto ser habitable.

El clima de un Proxima b habitable

A partir de la hipótesis de que el planeta puede albergar agua y una atmósfera, aunque en cantidades que no podemos estimar en la actualidad, el segundo artículo examina los posibles climas de Proxima b explorando una amplia variedad de composiciones atmosféricas y cantidades de agua. Para hacer esto, los científicos han utilizado un modelo climático 3D similar al que se emplea para estudiar el clima de la Tierra, pero especialmente desarrollado para exoplanetas y que incluye todas las características relevantes del sistema de Proxima. En la corta distancia orbital de Proxima b, las intensas fuerzas de marea ejercidas por la estrella permiten sólo dos rotaciones posibles para el planeta. En el primer caso el planeta es síncrono, por lo que su periodo de rotación es igual a su periodo orbital (11.2 días) y siempre presenta la misma cara a su estrella. En el segundo caso, el planeta gira 3 veces cada 2 órbitas (resonancia 3:2, como Mercurio), una situación que se puede dar si la órbita es ligeramente excéntrica (cosa que no sabemos). En todos los casos, Proxima b no debe tener estaciones ya que las fuerzas de marea anulan la oblicuidad, de modo que el ecuador del planeta coincide con el plano orbital. Las simulaciones numéricas muestran que el agua líquida es posible para una amplia gama de composiciones atmosféricas. Dependiendo del período de rotación y la cantidad de gases de efecto invernadero, el agua puede estar presente sobre la superficie del planeta sólo en las regiones más soleadas: es decir, en el área iluminada por la estrella de forma permanente en el caso síncrono y en una zona tropical en el caso asíncrono.

Synchronous

Una simulación numérica de posibles temperaturas superficiales en Proxima b llevada a cabo con el Planetary Global Climate Model del Laboratoire de Météorologie Dynamique. Aquí se asume que el planeta tiene una atmósfera de tipo terrestre y que está cubierto por un océano (la línea discontinua es la frontera entre la superficie oceánica líquida y helada). El planeta se encuentra en rotación síncrona (como la Luna alrededor de la Tierra) y se muestra aquí como si un observador distante hiciera una órbita completa a su alrededor.

Asynchronous






Lo mismo que arriba pero para el caso de un planeta atrapado en la resonancia 3:2 (3 rotaciones del planeta sobre sí mismo para cada revolución alrededor de la estrella).

Diagram

Agua líquida superficial?

Hay que tener en cuenta que el agua líquida en el subsuelo también puede proporcionar condiciones de habitabilidad (similares a la luna de Júpiter Europa en el Sistema Solar). Sin embargo, una biosfera así no permitiría la detección remota desde la Tierra. Si el agua líquida está presente en la superficie, la fotosíntesis biológica es posible y esta afecta a todo el entorno planetario de manera que potencialmente puede ser observable desde distancias interestelares.

El siguiente paso: ver el planeta

Los autores también han utilizado los modelos para simular y prepararse para futuras observaciones. Han analizado el telescopios que podían ver el planeta, en particular, el telescopio de 39 m E-ELT que ESO acaba de empezar a construir en Chile. Este gran telescopio podrá observar directamente Proxima b, separando su luz de la de la estrella, lo que es factible hoy en día sólo para algunos planetas gigantes de gas recién formados. Estas observaciones nos dirán si Proxima b tiene agua, una atmósfera y un clima habitable.

No es la Tierra 2.0

En cualquier caso, y aunque es un excelente candidato planeta que podría albergar vida, Proxima b no puede ser considerado un gemelo de la Tierra. Una cosa es cierta, de hecho: la historia de Proxima b y su estrella es radicalmente diferente de la historia de la Tierra y el Sol. La formación de Proxima b, la irradiación por su estrella, las fuerzas de marea que sufre y que afectan a su estructura y rotación, sus posibles climas, etc, no tienen equivalente en la historia de nuestro planeta.