Los exoplanetas se están descubriendo a un ritmo rápido, con 4531 planetas en 3363 sistemas (otros 7798 candidatos en espera de confirmación).De estos, 166 han sido identificados como planetas rocosos (también conocidos como “terrestres”) y los otros 1.389 son planetas rocosos muchas veces del tamaño de la Tierra (“súper-Tierra”).A medida que se realizan más y más descubrimientos, el enfoque se desplaza del proceso de descubrimiento a la caracterización.
Para limitar aún más si estos exoplanetas son habitables, los astrónomos y astrobiólogos están buscando formas de detectar biomarcadores y otros signos de procesos biológicos.De acuerdo anueva investigación, los astrónomos y astrobiólogos deben buscar signos del ciclo del silicato de carbono.En la Tierra, este ciclo mantiene nuestro clima estable durante eones y podría ser la clave para encontrar vida en otros planetas.
Un estudio titulado “El ciclo del carbono y la habitabilidad de exoplanetas gigantes como la Tierra”, Amanda Kruijver, Dennis Höning y Wim van Westrenen, realizado por tres geocientíficos de la Vrije Universiteit de Ámsterdam.Honing es también un colegaCentro de origen, es un laboratorio científico nacional con sede en los Países Bajos dedicado a estudiar el origen y la evolución de la vida en nuestro universo.Su estudio fue publicado recientemente en Planetary Science Journal.
En la Tierra, este ciclo de dos fases es2Los niveles de ) en nuestra atmósfera permanecen relativamente constantes a lo largo del tiempo.Esta primera etapa consiste en dióxido de carbono que se elimina de la atmósfera al reaccionar con el vapor de agua para formar ácido carbónico, que meteoriza y disuelve la roca de silicato.Los productos de esta meteorización fluyen hacia el océano (creando rocas carbonatadas) y se hunden en el lecho marino y se convierten en parte del manto de la Tierra.
Aquí es donde comienza el segundo paso.Al entrar en el manto, las rocas carbonatadas se derriten y producen magma de silicato y CO.2gas, este último liberado a la atmósfera a través de erupciones volcánicas.Como explicó el Dr. Höning en un correo electrónico a Universe Today, el proceso también se ve afectado por los cambios en las condiciones de la superficie.
“Es importante destacar que la velocidad de este proceso depende de la temperatura de la superficie. Cuanto más caliente es la superficie, más rápida es la reacción de meteorización y más CO2Se puede eliminar de la atmósfera.después de CO2Es un gas de efecto invernadero y este mecanismo obtiene retroalimentación estabilizadora al enfriar la superficie.Tenemos que señalar que esta retroalimentación estabilizadora tarda mucho tiempo, del orden de cientos de miles o incluso millones de años, en ser efectiva”.
Una consideración importante aquí es cómo el sol se calienta con el tiempo, agregó el Dr. Höning.En comparación con la historia temprana de la Tierra, nuestro planeta ahora recibe aproximadamente un 30% más de energía del sol. Esto es CO atmosférico2El nivel era más alto en el pasado distante.Así, a medida que los planetas envejecen, la meteorización se vuelve más pronunciada y el CO2 atmosférico disminuye.2Los niveles caerán a un ritmo creciente en este punto de la evolución.
Dado que este es un proceso químico simple, no hay razón para pensar que el ciclo del silicato de carbono no funcionará en otros planetas. Si hay agua líquida en la superficie.Para los investigadores de exoplanetas y los astrobiólogos, la presencia de agua líquida ha sido fundamental para la búsqueda continua de vida extraterrestre.También se ha planteado la cuestión de la tectónica de placas porque juega un papel importante en el mantenimiento de la habitabilidad de la Tierra a lo largo del tiempo.Dr. Honing dijo:
“En nuestro sistema solar, solo el planeta Tierra tiene tectónica de placas, por lo que está subducida.La razón no está del todo clara y es objeto de investigación moderna. Quizás por la composición de la roca, el tamaño del planeta, la temperatura de la superficie o la presencia de agua líquida en la superficie misma.
“Si fuéramos meteorizados en un exoplaneta pero sin subducción, los carbonatos producidos podrían acumularse en la superficie y volverse inestables nuevamente en millones de años.Investigamos este escenario en nuestro trabajo inicial y descubrimos que era algo menos eficiente que la tectónica de placas hipotetizada en el documento actual, pero aún así modera el clima hasta cierto punto”.
El Dr. Höning y sus colegas no están solos cuando investigan si la tectónica de placas y la actividad geológica son esenciales para la vida.En los últimos años, se han llevado a cabo estudios similares considerando si un planeta de capa estancada cubierto de océano (compuesto de una sola placa inerte con su superficie y manto) podría tener un ciclo de carbono.resultados alentadores.
Para el estudio, el Dr. Höning y sus colegas intentaron determinar si el ciclo del silicato de carbono es posible en otros planetas rocosos, desde “similares a la Tierra” hasta “súper-Tierra”.Para ello, crearon un modelo que reproduce el ciclo carbonato-silicato de la Tierra y tiene en cuenta todos los procesos relevantes.Esto incluyó todos los procesos relevantes, como la evolución interna, la desgasificación volcánica, la meteorización y la subducción, y consideró cómo podrían ser sensibles a los cambios de tamaño y masa.
“Por ejemplo, la presión dentro de un planeta pesado aumenta con la profundidad porque la fuerza gravitatoria es mayor”, dijo el Dr. Höning.“La presión afecta la fuerza de convección del manto, lo que determina la profundidad de fusión y la tasa de enfriamiento interno.Así que actualizamos todas las partes del modelo que eran sensibles al tamaño o la masa del planeta, para poder investigar el impacto de estos parámetros en la habitabilidad de los exoplanetas”.
Lo que encontraron es que el aumento en la masa da como resultado (hasta cierto punto) temperaturas superficiales promedio más altas, cambiando la zona que se considera habitable del planeta alrededor del sol (también conocida como “Zona Ricitos de Oro”).Dr. Honing dijo:
“Descubrimos que los exoplanetas tres veces más grandes que la edad de la Tierra deberían tener tasas más altas de desgasificación volcánica porque son mucho más calientes por dentro y tienen una convección de manto más activa.El ciclo de carbonato-silicato aún podría controlar el clima del planeta, pero sin embargo esperamos una superficie más caliente.Por lo tanto, la distancia óptima entre el planeta y la estrella para mantener el agua líquida en la superficie del planeta es ligeramente mayor que la distancia de la Tierra al Sol”.
Sin embargo, cuando aumentamos la masa del planeta rocoso a 10 veces la de la Tierra (lo que corresponde a un radio de ~2 de la Tierra), el resultado fue el contrario.“Aquí, la presión dentro de estos planetas es tan grande que la actividad volcánica y la liberación de CO son2Cada vez es más pequeño”, dijo.“Pero el calor del interior no se pierde de manera eficiente, por lo que el CO22Se vuelve especialmente efectivo en la evolución posterior.Desafortunadamente, la luminosidad de una estrella aumenta con el tiempo, por lo que el planeta se calienta tanto que el agua líquida no puede existir”.
Se pueden extraer muchas lecciones de estos resultados.En primer lugar, este estudio muestra que el tamaño y la masa son parámetros importantes para la habitabilidad de un planeta.Al mismo tiempo, el tamaño y la masa se encuentran entre los pocos parámetros a los que los científicos tienen acceso actualmente.Los métodos de detección disponibles (p. ej., Método de tránsito) son muy buenos para limitar estas dos propiedades. Los científicos están algo limitados por medios indirectos y tienen que recurrir a la extrapolación y la modelización.
Sin embargo, estos dos parámetros siguen siendo muy útiles para limitar qué tipos de planetas rocosos pueden ser habitados y qué tipos es poco probable que alberguen vida.Además, muestran que la edad y la masa de los planetas juegan un papel importante en el mantenimiento del ciclo del carbono y, por tanto, en la habitabilidad de los planetas.Al tener en cuenta estos factores, los científicos podrán decir con más confianza si un planeta es un “planeta potencialmente habitable”.El Dr. Höning lo resumió de la siguiente manera:
“Uno de los hallazgos clave de nuestro artículo es que tenemos que observar combinaciones de tamaño y edad del planeta para tener una idea de la habitabilidad.Los planetas del tamaño de la Tierra deben ser habitables durante largos períodos de tiempo, pero sus atmósferas son, por supuesto, más difíciles de caracterizar en comparación con los planetas más grandes.Un planeta con tres veces la masa de la Tierra (que recibe el mismo flujo estelar) debería tener una superficie más caliente que la Tierra (una diferencia de ~10K).Un planeta mucho más pesado que recibe el mismo flujo estelar será un poco más frío, pero se volverá considerablemente más caliente a medida que evolucione más adelante”.
Además, esta investigación será de gran ayuda si el telescopio de próxima generación, bHöningescope, está disponible y permite la observación directa de exoplanetas.A esto se acercan los astrónomosTelescopio espacial James Webb(JWST),Telescopio espacial romano Nancy Grace, como observatorios terrestrestelescopio extra grande(ELT),telescopio de magallanes gigante(GMT) ytelescopio de 30 metros(TMT).
Los astrónomos pueden obtener espectros que representan la composición química de la atmósfera de un exoplaneta al observar directamente la luz que refleja.Este estudio podría utilizarse en futuros estudios para implementar la detección de CO atmosférico.2en un contexto apropiado.En pocas palabras, los astrofísicos determinarán si se trata de una indicación de actividad geológica o no, lo que, por lo tanto, puede interpretarse como una indicación de habitabilidad.
Otro aspecto alentador de este estudio es que el ciclo carbonato-silicato sigue siendo un regulador eficiente del clima, incluso cuando se trata de planetas rocosos de masa y tamaño variables.Cuando los científicos encuentran evidencia de este ciclo en exoplanetas, pueden estar seguros de que el planeta, sin importar cuán gigantesco sea, indica habitabilidad potencial.”¡Así que podemos ser optimistas acerca de encontrar vida extraterrestre en el futuro!”dijo el Dr. Honing.
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