Título: El entorno de radiación de alta energía alrededor de una enana M de 10 Gyr: ¿habitable por fin?
Autores: Kevin France, Girish Duvvuri, Hilary Egan, et al.
Institución del primer autor: Universidad de Colorado, Boulder
Estado: Publicado en arXiv (acceso abierto); Aceptado en AJ (acceso cerrado)
Hay muchas estrellas en el Universo, y una gran parte de ellas son enanas M. Se trata de las estrellas más pequeñas y rojas, que ocupan el último lugar en la secuencia de tipos espectrales (O, B, A, F, G, K, y por último pero no menos importante: M). Además, al ser tan pequeñas y tenues, es más fácil encontrar planetas terrestres más pequeños a su alrededor. Dado que son tan abundantes y tenemos una buena oportunidad de asomarnos a sus zonas habitables, tiene sentido que queramos pensar en cómo sería la vida en un planeta alrededor de una enana M.
Pero hay una trampa. Las enanas M también son conocidas por ser estrellas muy activas, que estallan y emiten una gran cantidad de luz ultravioleta y rayos X que son malas noticias para la vida biológica. Esta actividad estelar es tan fuerte que impulsa el escape atmosférico, despojando a estos planetas rocosos de sus atmósferas, que son críticas para la habitabilidad. La luz ultravioleta extrema (conocida como EUV o XUV) es particularmente buena para despojar a una atmósfera, y las enanas M jóvenes emiten más de esto ya que pasan más tiempo en su fase de evolución previa a la secuencia principal. Por tanto, el comienzo de la vida de estas estrellas es extremo, lo que arruina las posibilidades de que un planeta sea habitable. ¿Qué ocurre con las enanas M más antiguas? Los planetas que rodean a las enanas M podrían tener una atmósfera de nuevo, ganando una «atmósfera secundaria» creada por los gases liberados a través de impactos o volcanes. ¿Se suavizan con la edad, calmando toda esa radiación, haciendo posible que esta atmósfera secundaria permanezca el tiempo suficiente para que surja la vida?
El artículo de hoy trata de responder a estas preguntas observando una vieja enana M cercana por su actividad de rayos UV y X, y luego calculando lo que sucedería con la atmósfera de un planeta similar a la Tierra en su zona habitable.
La búsqueda de los asesinos de la atmósfera
Los autores utilizaron el telescopio espacial Hubble (para las observaciones de los rayos UV) y el observatorio de rayos X Chandra para observar la estrella de Barnard, una vieja estrella M cercana. La estrella de Barnard está a sólo unos 6 años luz de distancia, lo que la convierte en uno de nuestros vecinos más cercanos en el espacio. Tiene sólo un 16% del tamaño del Sol, pero es dos veces más antigua. También se sabe que alberga una supertierra fría (¡alrededor de -300°F!) de unas 3 veces el tamaño de nuestro planeta, descubierta por el método de la velocidad radial.
La luminosidad UV media de la estrella de Barnard se encuentra entre las más bajas jamás medidas para una enana M, pero aún así emite más XUV que el Sol, como se muestra en la Figura 1. También midieron un débil (pero no nulo) flujo de rayos X, también entre los más bajos observados en una enana M. La estrella de Barnard seguía emitiendo llamaradas con la misma frecuencia que las enanas M más jóvenes, pero las llamaradas de la estrella más antigua eran de menor intensidad (¡aunque siguen siendo más intensas que las de una estrella como nuestro Sol!). Otro evento que daña la atmósfera es la CME, o «eyección de masa coronal», que libera partículas de alta energía de la estrella; los autores encontraron que estos eventos tienen energías similares a las de las erupciones solares, pero son mucho más frecuentes. Sin embargo, hay una advertencia al respecto: Se ha teorizado que las enanas M tienen campos magnéticos más fuertes, lo que puede impedir que las CMEs viajen lejos de la estrella e impacten en los planetas, por lo que hay un poco de incertidumbre sobre el efecto de las CMEs en una atmósfera discutida aquí.
El veredicto sobre la atmósfera
Ahora que sabemos un poco más sobre el entorno que rodea a una vieja enana M, ¿qué pasaría con la atmósfera de un planeta? Los autores estimaron el escape atmosférico de un hipotético planeta similar a la Tierra en la zona habitable de la estrella de Barnard que se encuentra con esta radiación de alta energía observada.
Primero, para asegurarse de que sus modelos tenían sentido, los probaron en el sistema Sol/Tierra para ver si podían reproducir lo que observamos en nuestro propio sistema solar. A continuación, pasaron a estudiar el escape térmico y de iones de nuestro hipotético planeta. El escape térmico se produce cuando las partículas están lo suficientemente calientes, y por lo tanto se mueven lo suficientemente rápido, como para superar la velocidad de escape del planeta. Alrededor de la estrella de Barnard, nuestro hipotético planeta perdería su atmósfera en unos 11 millones de años. O bien, se puede pensar que perdería 87 veces la atmósfera de la Tierra en mil millones de años (para contextualizar, ¡la Tierra tiene más de 4 mil millones de años!).
También analizaron el escape de iones, que es en realidad la principal forma en que la Tierra pierde atmósfera. Esto es un poco más complicado, ya que requiere un modelo de interacción de plasma. Sus simulaciones mostraron que en un estado normal, de reposo (sin llamaradas), la estrella de Barnard sólo aumenta ligeramente el escape atmosférico en comparación con la Tierra. Sin embargo, cuando se produce una llamarada, la pérdida de atmósfera es mucho mayor, como se ve en la figura 2. Hay que tener en cuenta que el planeta hipotético no está magnetizado; el magnetismo podría marcar la diferencia, como lo hace en la Tierra, protegiendo de algunas de estas partículas de alta energía. Sin embargo, la gran conclusión es que la pérdida atmosférica alrededor de las viejas enanas M estará dominada por los períodos de erupción.
¿Puede la vida encontrar un camino?
Las erupciones podrían tener un efecto positivo sobre la vida de una manera diferente. Otros trabajos han demostrado que los fotones cercanos al ultravioleta (NUV) podrían impulsar la formación de moléculas precursoras del ARN; la estrella de Barnard tiene un poco menos de radiación NUV de la que se necesita para esto en su estado tranquilo, pero las llamaradas podrían ser suficientes para apoyar estas vías prebióticas. Además, ahora que sabemos que las erupciones podrían ser un problema para mantener una atmósfera, podríamos ampliar nuestra búsqueda de planetas habitables más lejos de la estrella; existe la posibilidad de una «zona habitable extendida» más lejos de la estrella donde la radiación es menos extrema!
Aunque son menos activas, este artículo ha demostrado que incluso las viejas enanas M pueden perder mucha atmósfera, especialmente debido a las erupciones. Todavía tenemos que aprender más sobre los ciclos de erupción, ¡ya que parece ser un parámetro clave en la retención atmosférica y la habitabilidad de las enanas M!
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