Los planetas TRAPPIST-1 proporcionan pistas sobre mundos habitables

Imagen a través de la Universidad Estatal de Arizona.

PorKarin Valentine / Universidad Estatal de Arizona

TRAPPIST-1 es una estrella enana roja ultrafría que es un poco más grande, pero mucho más masiva, que el planeta Júpiter, ubicado a unos 40años luzdel sol en la constelación de Acuario.

Entre los sistemas planetarios, TRAPPIST-1 es de particular interés porque se han detectado siete planetas orbitando esta estrella, un número mayor de planetas que el detectado en cualquier otro sistema exoplanetario. Además, todos los planetas TRAPPIST-1 tienen el tamaño de la Tierra y son terrestres, lo que los convierte en un foco de estudio ideal para la formación de planetas y su potencial habitabilidad.

Los científicos de la Universidad Estatal de Arizona (ASU) Cayman Unterborn, Steven Desch y Alejandro Lorenzo de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio, con Natalie Hinkel de la Universidad de Vanderbilt, han estado estudiando la habitabilidad de estos planetas, específicamente relacionada con la composición del agua. Sus hallazgos fueronpublicado19 de marzo de 2018, enAstronomía de la naturaleza.

Los cálculos equivalen al agua

Los planetas TRAPPIST-1 son curiosamente ligeros. A partir de su masa y volumen medidos, todos los planetas de este sistema son menos densos que la roca. En muchos otros mundos de baja densidad similar, se cree que este componente menos denso consiste en gases atmosféricos. El geocientífico Unterborn explicó:



Pero los planetas TRAPPIST-1 tienen una masa demasiado pequeña para retener suficiente gas para compensar el déficit de densidad. Incluso si pudieran retener el gas, la cantidad necesaria para compensar el déficit de densidad haría que el planeta estuviera mucho más hinchado de lo que vemos.

Entonces, los científicos que estudian este sistema planetario han determinado que el componente de baja densidad debe ser algo más abundante: agua. Esto se ha predicho antes, y posiblemente incluso se ha visto en planetas más grandes como GJ1214b, por lo que el equipo interdisciplinario de ASU-Vanderbilt, compuesto por geocientíficos y astrofísicos, se propuso determinar cuánta agua podría estar presente en estos planetas del tamaño de la Tierra y cómo y donde pueden haberse formado los planetas.

¿Pero cuanto hay?

Para determinar la composición de los planetas TRAPPIST-1, el equipo utilizó un paquete de software único, desarrollado por Unterborn y Lorenzo, que utiliza calculadoras de física mineral de última generación. El software, llamado ExoPlex, permitió al equipo combinar toda la información disponible sobre el sistema TRAPPIST-1, incluida la composición química de la estrella, en lugar de limitarse solo a la masa y el radio de los planetas individuales.

Gran parte de los datos utilizados por el equipo para determinar la composición se recopilaron de un conjunto de datos llamado Catálogo Hypatia, desarrollado por el autor colaborador Hinkel. Este catálogo fusiona datos sobre la abundancia estelar de estrellas cercanas a nuestro sol, de más de 150 fuentes bibliográficas, en un depósito masivo.

Lo que encontraron a través de sus análisis fue que los planetas internos relativamente 'secos' ('b' y 'c') eran consistentes con tener menos del 15 por ciento de agua en masa (en comparación, la Tierra es 0.02 por ciento de agua en masa). Los planetas exteriores ('f' y 'g') eran consistentes con tener más del 50 por ciento de agua en masa. Esto equivale al agua de cientos de océanos terrestres. Las masas de los planetas TRAPPIST-1 continúan refinándose, por lo que estas proporciones deben considerarse estimaciones por ahora, pero las tendencias generales parecen claras. Steven Desch, astrofísico de ASU y autor colaborador, dijo:

Lo que estamos viendo por primera vez son planetas del tamaño de la Tierra que tienen mucha agua o hielo.

Pero los investigadores también encontraron que los planetas TRAPPIST-1 ricos en hielo están mucho más cerca de su estrella anfitriona que la línea de hielo. La 'línea de hielo' en cualquier sistema solar, incluido el de TRAPPIST-1, es la distancia desde la estrella más allá de la cual el agua existe como hielo y puede acumularse en un planeta; dentro de la línea de hielo, el agua existe en forma de vapor y no se acumulará. A través de sus análisis, el equipo determinó que los planetas TRAPPIST-1 deben haberse formado mucho más lejos de su estrella, más allá de la línea de hielo, y migrado a sus órbitas actuales cerca de la estrella anfitriona.

Hay muchas pistas de que los planetas en este sistema y otros han experimentado una migración interna sustancial, pero este estudio es el primero en utilizar la composición para reforzar el caso de la migración. Es más, saber qué planetas se formaron dentro y fuera de la línea de hielo permitió al equipo cuantificar por primera vez cuánta migración tuvo lugar.

Debido a que las estrellas como TRAPPIST-1 son más brillantes justo después de formarse y se atenúan gradualmente a partir de entonces, la línea de hielo tiende a moverse con el tiempo, como el límite entre el suelo seco y el suelo cubierto de nieve alrededor de una fogata agonizante en una noche nevada. Las distancias exactas que los planetas migraron hacia adentro dependen de cuándo se formaron. Desch dijo:

Cuanto antes se formaron los planetas, más lejos de la estrella que necesitaban formarse para tener tanto hielo.

Pero para suposiciones razonables sobre cuánto tardan en formarse los planetas, los planetas TRAPPIST-1 deben haber migrado hacia adentro desde al menos el doble de lejos de lo que están ahora.

Este gráfico muestra las distancias iniciales mínimas de los planetas TRAPPIST-1 ricos en hielo (especialmente fyg) desde su estrella (eje horizontal) en función de la rapidez con la que se formaron después del nacimiento de su estrella anfitriona (eje vertical). La línea azul representa un modelo donde el agua se condensa en hielo a 170PARA[-153 Fahrenheit, -103 Celsius], como en el disco formador de planetas de nuestro sistema solar. La línea roja se aplica al agua que se condensa en hielo a 212 K [-78 F, -61 C], lo que corresponde al disco TRAPPIST-1. Si los planetas se formaron rápidamente, deben haberse formado más lejos (y migrado a una distancia mayor) para contener una cantidad significativa de hielo. Debido a que TRAPPIST-1 se atenúa con el tiempo, si los planetas se formaron más tarde, podrían haberse formado más cerca de la estrella anfitriona y aún ser ricos en hielo.

Demasiado de una cosa buena

Curiosamente, aunque pensamos que el agua es vital para la vida, los planetas TRAPPIST-1 pueden tener demasiada agua para sustentar la vida. Hinkel explicó:

Por lo general, pensamos que tener agua líquida en un planeta es una forma de comenzar la vida, ya que la vida, tal como la conocemos en la Tierra, está compuesta principalmente de agua y la requiere para vivir. Sin embargo, un planeta que es un mundo acuático, o uno que no tiene ninguna superficie sobre el agua, no tiene los importantes ciclos geoquímicos o elementales que son absolutamente necesarios para la vida.

En última instancia, esto significa que si bien las estrellas enanas M, como TRAPPIST-1, son las estrellas más comunes en el universo (y aunque es probable que haya planetas orbitando estas estrellas), la gran cantidad de agua que probablemente tengan las convierte en desfavorable para que exista vida, especialmente vida suficiente para crear una señal detectable en la atmósfera que se pueda observar. Hinkel dijo:

Es un escenario clásico de 'demasiado de algo bueno'.

Entonces, aunque es poco probable que encontremos evidencia de vida en los planetas TRAPPIST-1, a través de esta investigación podemos obtener una mejor comprensión de cómo se forman los planetas helados y qué tipo de estrellas y planetas deberíamos buscar en nuestra búsqueda continua de vida.

En pocas palabras: Los 7 planetas TRAPPIST-1 son terrestres y del tamaño de la Tierra, lo que los convierte en un foco de estudio ideal para la formación de planetas y la habitabilidad potencial.