¿Cuánto tiempo puede ser habitable un planeta alrededor de una estrella?

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Como es sabido, a medida que una estrella envejece aumenta su luminosidad y, por tanto, la zona habitable alrededor de la misma se desplaza hacia el exterior. Es decir, los planetas cercanos se achicharrarían, pero se abre la posibilidad a que mundos previamente helados tengan agua líquida en su superficie. Sin embargo, la pregunta clave es, ¿por cuánto tiempo? Antes de nada, conviene tener en cuenta otros efectos de la evolución de la estrella más allá de la secuencia principal. De entrada, una estrella de tipo solar en proceso de convertirse en gigante roja también sufre una pérdida de masa significativa en forma de viento estelar, lo que a su vez se traduce en una mayor erosión de las atmósferas planetarias, y, al mismo tiempo, el flujo de radiación ultravioleta también aumenta. Ambos son factores que reducen la habitabilidad potencial de los planetas de un sistema estelar.

En un reciente artículo, Thea Kozakis y Lisa Kaltenegger han analizado la evolución de la zona habitable en estrellas gigantes de tipo solar, centrándose en estrellas con una masa comprendida entre 1 y 3,5 veces la del Sol, ya que las estrellas más pequeñas no abandonarán la secuencia principal hasta dentro de muchos miles de millones de años y las más grandes lo harán muy pronto (en términos astronómicos). Para que nos hagamos una idea, una estrella similar al Sol tiene una esperanza de vida de 12 700 millones de años, de los cuales unos mil millones de años los pasará en la etapa de gigante (para ser precisos, pasará 851 millones de años en la fase de gigante roja, 133 millones en la rama horizontal —la fase posterior a la de gigante roja— y 27 millones en la rama asintótica gigante).

El problema es que la evolución de la luminosidad no es constante en las estrellas gigantes. Aquellas con una masa de entre 0,8 y 2 veces la del Sol experimentan el flash del helio, un aumento súbito y brutal en la luminosidad estelar provocado porque el helio alrededor del núcleo se consume mientras se halla en estado degenerado. Por lo tanto, un planeta lejano —y sus lunas— entrarán y saldrán de la nueva zona habitable una o varias veces a lo largo de esta fase. Kaltenegger y Kozakis han calculado que el tiempo máximo que un mundo puede pasar en esta nueva zona habitable de forma continua es de entre 56 y 257 millones de años. Por ejemplo, en el caso de una estrella idéntica al Sol la distancia ideal de un planeta para que pueda maximizar su permanencia en la nueva zona habitable sería de 1500 millones de kilómetros (10 Unidades Astronómicas), que, curiosamente, es casi la distancia real de Saturno al Sol.

Es decir, Saturno, u otro planeta a la misma distancia alrededor de una estrella de masa solar, pasará 66 millones de años dentro de la nueva zona habitable, para luego salir unos 22 millones de años durante el máximo de luminosidad de la etapa de gigante roja. Por último, permanecerá 153 millones de años en la rama horizontal. A lo largo de este tiempo la erosión sufrida por la atmósfera no debería superar el 10%. En el extremo de masas superior, una estrella de 3,5 masas solares tiene una esperanza de vida de solo 321 millones de años. De estos, 58 millones de años corresponden a la fase posterior a la secuencia principal. Un planeta situado a 3800 millones de kilómetros (25 UA) podrá permanecer un máximo de 56 millones de años en la nueva zona habitable. A cambio, la erosión atmosférica no superará el 0,1 %. Un punto adicional a tener en cuenta es que, a medida que la estrella aumenta su luminosidad, el máximo de emisión del espectro se desplaza hacia el rojo. La consecuencia es que la luz estelar es capaz de calentar más eficientemente una atmósfera planetaria compuesta por agua, dióxido de carbono y nitrógeno. Otro efecto es que estos planetas tendrían menos ozono atmosférico que un mundo sometido a un flujo luminoso similar al de la Tierra.

56 a 257 millones de años es probablemente muy poco tiempo para que haga aparición la vida en los mundos situados en la nueva zona habitable de una gigante roja. Pero es posible que la vida pueda florecer en mundos en los que previamente haya aparecido. Nos referimos a lunas heladas como Encélado o Europa, por ejemplo. Más interesante resulta el hecho de que el proceso de «deshielo» de estos mundos pueda permitir que la vida o, mejor dicho, sus biomarcadores asociados, sea detectable desde la Tierra gracias a la nueva generación de supertelescopios. La fase de gigante roja solo sería capaz de proporcionar decenas de millones de años de habitabilidad, pero abre una ventana a la detección de posibles formas de vida previamente aisladas del resto del Universo por gruesas cortezas de hielo.

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