Temperaturas milimétricas extrapoladas del plano del centro del polvo en función del radio a partir de mediciones de tres sistemas de discos (TW Hya y CY Tau tienen perfiles similares y son estrellas de masa subsolar; Andrews et al. 2016; Long et al. 2018). También se muestran exoplanetas actualmente confirmados con radios medidos por tránsitos principales. Los planetas se seleccionan para mostrar solo aquellos con radios de 1 a 4 R⊕ y se trazan en función del semieje mayor y se referencian al eje de la derecha (“Número de planetas”). También se muestra la línea de hollín y la línea de hielo, que tienen diferentes ubicaciones según el sistema, pero la mayoría de las supertierras y subneptunos detectadas se encuentran en la “zona de reducción de carbono”. Préstamo: Cartas de una revista de astrofísica (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acd377
Un astrónomo de la Universidad de Michigan y su equipo sugieren una nueva forma de ampliar la búsqueda de planetas habitables que tiene en cuenta una zona no considerada anteriormente: el espacio entre la estrella y la línea de hollín en los discos de formación de planetas.
Los mundos que se forman en esta región, un disco de polvo que gira alrededor de la estrella central a partir del cual se pueden formar planetas, pueden tener superficies ricas en compuestos volátiles de carbono bastante diferentes de las de la Tierra. Estos planetas también serían ricos en carbono orgánico pero pobres en agua, según Ted Bergin, quien dirigió el estudio, en el que participaron geoquímicos, científicos planetarios, astroquímicos y expertos en exoplanetas.
Cuando buscamos planetas similares a la Tierra, estamos particularmente interesados no solo en cuerpos que se parecen al nuestro, sino también en aquellos que se han formado por procesos similares al nuestro. Los modelos actuales de exoplanetas rocosos se construyen utilizando condiciones atmosféricas y composiciones de masa similares a las de la Tierra, incluidas las moléculas necesarias para la vida que se forman a partir de componentes básicos de carbono y agua.
Estos modelos también se enfocan en zonas dentro de los discos de formación de planetas llamadas líneas de hielo, regiones lo suficientemente alejadas de la estrella central del disco para marcar dónde el agua u otras moléculas clave hacen la transición de gas a sólido.
Los mundos terrestres, como nuestro planeta, se formaron a partir de cuerpos sólidos. Durante mucho tiempo se pensó que la Tierra, que contiene solo alrededor del 0,1% en masa de agua, debe haberse formado dentro de la línea de hielo de agua.
Pero este tipo de modelo puede ser demasiado limitado, dijo Bergin. Para ampliar la búsqueda de planetas habitables, Bergin y su equipo de investigación proponen un nuevo modelo que tiene en cuenta la línea de hollín, el límite más cercano a la estrella del sistema solar. Entre este límite y la estrella, los compuestos orgánicos en sólidos se subliman de sólido a gas. Incluir esta región también incluiría planetas rocosos que pueden contener más carbono que la Tierra, lo que genera dudas sobre lo que eso significa para la vida en este tipo de planetas.
Los resultados del trabajo del equipo de investigación interdisciplinario se publican en Cartas de una revista de astrofísica.
“Agrega una nueva dimensión a nuestra búsqueda de oportunidades de vivienda. Esto puede ser una dimensión negativa o positiva”, dijo Bergin. “Es emocionante porque conduce a todo tipo de posibilidades infinitas”.
Así como la Tierra es pobre en agua, también es pobre en carbono, dijo Bergin. Durante la formación, probablemente recibió solo 1 átomo de carbono de los 100 disponibles en los materiales formadores de planetas. Los astrónomos creen que la línea de hollín explica por qué la Tierra tiene tan poco carbono. Si los bloques de construcción de la Tierra se formaron dentro de la línea de hollín, el calor y la radiación solar explotaron los materiales que habrían formado un planeta joven, convirtiendo los compuestos ricos en carbono en gas y limitando el carbono en los sólidos entregados a la Tierra en formación.
El modelo del equipo teoriza que se formaron otros planetas entre la línea de hollín y la línea de hielo de agua.
Tal mundo no parece existir en nuestro sistema solar, pero nuestro sistema solar no es representativo de la mayoría de los sistemas planetarios conocidos alrededor de otras estrellas, dijo Bergin. Estos otros sistemas planetarios se ven completamente diferentes. Dijo que sus planetas están más cerca del sol y son mucho más grandes, y varían en tamaño desde las llamadas supertierras hasta los mini-Neptunos.
“Son rocas grandes o pequeños gigantes gaseosos, el tipo más común de sistema planetario. Entonces, tal vez todos los demás sistemas solares en la galaxia de la Vía Láctea tienen una población de cuerpos que no hemos reconocido antes que tienen mucho más carbono en sus interiores. ¿Cuales son las consecuencias de esto?” dijo Bergín. “Lo que esto significa para la habitabilidad debe explorarse”.
En su investigación, el equipo modela lo que sucede cuando se forma un mundo rico en silicatos con 0,1% y 1% de carbono en masa y contenido variable de agua en la región de la línea de hollín. Descubrieron que tal planeta desarrollaría una atmósfera rica en metano a través de un proceso llamado desgasificación. En esta situación, los compuestos orgánicos de un planeta rico en silicatos producen una atmósfera rica en metano.
La presencia de metano proporciona un entorno fértil para la generación de neblina al interactuar con los fotones estelares. Esto es análogo a la generación de niebla de metano en Titán en nuestro sistema solar.
“Los planetas nacidos en esta región, que existe en cada sistema de disco de formación de planetas, liberan más carbono volátil de sus mantos”, dijo Bergin. “Esto podría conducir fácilmente a la producción natural de niebla. Tales nieblas se han observado en las atmósferas de los exoplanetas y podrían cambiar potencialmente las facturas de lo que consideramos mundos habitables”.
La niebla alrededor del planeta podría ser una señal de que el planeta tiene carbono volátil en su manto. Y más carbono, el núcleo de la vida, en el manto de un planeta significa que el planeta tiene la posibilidad de ser considerado habitable, o al menos merece una segunda mirada, dijo Bergin.
“Si es cierto, entonces puede haber una clase común de planetas nebulosos con mucho carbono volátil, y es necesario explorar lo que esto significa para la vida”, dijo. “Pero hay otro aspecto: ¿qué pasa si tienes un mundo del tamaño de la Tierra donde tienes más carbono que la Tierra? ¿Qué significa para la vida, para la vida? No lo sabemos y eso es emocionante”.
Proporcionado por la Universidad de Michigan