Hace varios años, la científica planetaria Lynnae Quick comenzó a preguntarse si alguno de los más de 4.000 exoplanetas conocidos, o planetas más allá de nuestro sistema solar, podría parecerse a algunas de las lunas acuáticas que se hallan alrededor de Júpiter y Saturno. Aunque algunas de estas lunas no tienen atmósfera y están cubiertas de hielo, siguen estando entre los principales objetivos de la búsqueda de vida más allá de la Tierra por parte de la NASA. La luna de Saturno, Encélado, y la luna de Júpiter, Europa, que los científicos clasifican como "mundos oceánicos", son buenos ejemplos.
"Se han visto penachos de agua surgiendo como volcanes desde Europa y Encélado, por lo que podemos decir que estos cuerpos tienen océanos subterráneos bajo sus capas de hielo. Además, tienen suficiente energía para impulsar esos penachos, completando los dos requisitos para la vida tal y como la conocemos", dice Quick, científica planetaria de la NASA que se especializa en volcanismo y mundos oceánicos. "Así que si pensamos que estos lugares podrían ser habitables, tal vez versiones más grandes de ellos en otros sistemas planetarios también lo sean".
Quick, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, decidió explorar si - hipotéticamente - existen planetas similares a Europa y Encélado en la Vía Láctea. Y, en ese caso, ¿podrían también ser lo suficientemente activos geológicamente como para lanzar penachos a través de sus superficies, los cuales algún día pudieran ser detectados por telescopios?
A través de un análisis matemático de varias docenas de exoplanetas, incluyendo planetas en el cercano sistema TRAPPIST-1, Quick y sus colegas aprendieron algo significativo: más de un cuarto de los exoplanetas que estudiaron podrían ser mundos oceánicos, con la mayoría posiblemente albergando océanos bajo capas de hielo superficial, similares a Europa y Encélado. Además, muchos de estos planetas podrían estar liberando incluso más energía que Europa y Encélado.
Los científicos podrían algún día ser capaces de demostrar las predicciones de Quick midiendo el calor emitido por un exoplaneta o detectando erupciones volcánicas o criovolcánicas (líquido o vapor en lugar de roca fundida) en las longitudes de onda de la luz emitida por las moléculas en la atmósfera de un planeta. Por ahora, los científicos no pueden ver detalles de la superficie de los exoplanetas. Desgraciadamente, están demasiado lejos y demasiado ahogados por la luz de sus estrellas. Pero considerando la única información disponible - tamaños de exoplanetas, masas y distancias de sus estrellas - los científicos como Quick y sus colegas pueden aprovechar los modelos matemáticos y nuestra comprensión del sistema solar para tratar de imaginar las condiciones que podrían estar dando forma a exoplanetas para convertirse o no en mundos habitables.
Si bien las hipótesis que entran en estos modelos matemáticos son solo suposiciones fundadas, pueden ayudar a los científicos a reducir la lista de exoplanetas prometedores en los que se buscarán condiciones favorables a la vida, de modo que el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA u otras misiones espaciales puedan comprobarlo.
"Las futuras misiones para buscar signos de vida más allá del sistema solar se centrarán en planetas como el nuestro que tengan una biosfera global tan abundante que esté cambiando la química de toda la atmósfera", dice Aki Roberge, un astrofísico Goddard de la NASA que colaboró con Quick en este análisis. "Pero en el sistema solar, las lunas heladas con océanos, que están lejos del calor del Sol, han mostrado aún que tienen las características que creemos que se requieren para la vida".
Para buscar posibles mundos oceánicos, el equipo de Quick seleccionó 53 exoplanetas con los tamaños más similares a los de la Tierra, aunque podrían tener hasta ocho veces más masa. Los científicos asumen que los planetas de este tamaño son más sólidos que gaseosos y, por lo tanto, es más probable que mantengan agua líquida en o debajo de sus superficies. Al menos 30 planetas más que se ajustan a estos parámetros han sido descubiertos desde que Quick y sus colegas comenzaron su estudio en 2017, pero no fueron incluidos en el análisis, que fue publicado en la revista Publications of the Astronomical Society of the Pacific.
Con sus planetas de tipo terrestre identificados, Quick y su equipo buscaron determinar cuánta energía podría estar generando y liberando cada uno de ellos en forma de calor. El equipo consideró dos fuentes primarias de calor. La primera, el calor radiogénico, se genera a lo largo de miles de millones de años por la lenta desintegración de los materiales radioactivos presentes en el manto y la corteza de un planeta. Esa tasa de desintegración depende de la edad del planeta y de la masa de su manto. Otros científicos ya habían determinado estas relaciones para planetas del tamaño de la Tierra. Así, Quick y su equipo aplicaron la tasa de desintegración a su lista de 53 planetas, asumiendo que cada uno tiene la misma edad que su estrella y que su manto ocupa la misma proporción del volumen del planeta que el manto de la Tierra.
A continuación, los investigadores calcularon el calor producido por otra cosa: la fuerza de marea, que es la energía generada por el tirón gravitacional cuando un objeto orbita alrededor de otro. Los planetas en órbitas estiradas, o elípticas, varían la distancia entre ellos y sus estrellas a medida que las rodean. Esto provoca cambios en la fuerza gravitatoria entre los dos objetos y hace que el planeta se estire de forma elástica, generando así calor. El calor se acaba perdiendo en el espacio a través de la superficie.
Una ruta de salida para el calor es a través de los volcanes o criovolcanes. Otra ruta es a través de la tectónica, que es un proceso geológico responsable del movimiento de la capa rocosa o helada más exterior de un planeta o una luna. Sea cual sea la forma en que se descarga el calor, saber cuánto de él expulsa un planeta es importante porque ello podría permitir o impedir la habitabilidad.
Por ejemplo, demasiada actividad volcánica puede convertir un mundo habitable en una pesadilla fundida. Pero muy poca actividad puede detener la liberación de los gases que componen una atmósfera, dejando una superficie fría y estéril. La cantidad justa sostendría un planeta habitable y húmedo como la Tierra, o una luna posiblemente habitable como Europa.
Durante la próxima década, la sonda Europa Clipper de la NASA explorará la superficie y el subsuelo de Europa y proporcionará información sobre el medio ambiente bajo la superficie. Cuantos más científicos puedan aprender sobre Europa y otras lunas potencialmente habitables de nuestro sistema solar, mejor podrán entender mundos similares alrededor de otras estrellas, que pueden ser abundantes, según los resultados actuales.
"Las próximas misiones nos darán la oportunidad de ver si las lunas oceánicas de nuestro sistema solar podrían sostener la vida", dice Quick, que es miembro del equipo científico tanto en la misión Clipper como en la misión Dragonfly a la luna Titán de Saturno. "Si encontráramos señales químicas de vida, podríamos tratar de buscar señales similares a distancias interestelares".
Cuando se lance el telescopio Webb, los científicos intentarán detectar firmas químicas en las atmósferas de algunos de los planetas del sistema TRAPPIST-1, que está a 39 años luz en la constelación de Acuario. En 2017, los astrónomos anunciaron que este sistema tiene siete planetas del tamaño de la Tierra. Algunos han sugerido que algunos de estos planetas podrían ser acuáticos, y las estimaciones de Quick apoyan esta idea. De acuerdo con los cálculos de su equipo, TRAPPIST-1 e, f, g y h podrían ser mundos oceánicos, lo que los situaría entre los 14 mundos oceánicos que los científicos identificaron en este estudio.
Los investigadores predijeron que estos exoplanetas tienen océanos considerando las temperaturas de la superficie de cada uno. Esta información procede de la cantidad de radiación estelar que cada planeta refleja al espacio. El equipo de Quick también tuvo en cuenta la densidad de cada planeta y la cantidad estimada de calentamiento interno que genera en comparación con la Tierra.
"Si vemos que la densidad de un planeta es menor que la de la Tierra, eso es una indicación de que podría haber más agua allí y no tanta roca y hierro", dice Quick. Y si la temperatura del planeta permite el agua líquida, tienes un mundo oceánico. Pero si la temperatura de la superficie de un planeta es inferior a 0 grados centígrados, donde el agua está congelada", señala Quick, "entonces tendremos un mundo oceánico helado, y las densidades para esos planetas son aún más bajas".
