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Cuanto más joven es el planeta, más probable es que esté habitado.

Hemos descubierto miles de exoplanetas y probablemente encontraremos miles más.Los diversos planetas que hemos descubierto son científicamente interesantes por derecho propio, pero detrás de todos estos descubrimientos está la búsqueda de un mundo habitable.

Pero para clasificar un mundo potencialmente habitable de todos los demás mundos, necesitamos una forma de filtrar todos los exoplanetas que seguimos descubriendo.Sabemos que los mundos rocosos similares a la Tierra son los mejores lugares para buscar condiciones habitables, pero un nuevo estudio sugiere que la edad sí importa.Deberíamos prestar especial atención al mundo del rock joven.

¿por qué?Esto se debe a que los planetas terrestres jóvenes tienen fuentes de calor internas que son importantes para la vida.

Todavía estamos en las primeras etapas de comprensión de los exoplanetas.La principal forma de entender la habitabilidad, o al menos la habitabilidad potencial, es lo que se conoce como la “Zona Ricitos de Oro”.Un área alrededor de una estrella donde los planetas pueden estar a una temperatura adecuada para mantener el agua líquida en su superficie, siempre que la atmósfera lo permita.Ni demasiado caliente ni demasiado frío como las gachas de Ricitos de Oro.

Sin embargo, la investigación muestra cuán básico es el enfoque Goldilocks Zone.Los planetas pueden tener climas muy diferentes dentro de sus dominios, algunos de los cuales son completamente inadecuados para la vida.El mundo en un área habitable puede ser tan frío que toda el agua se congele, o puede ser demasiado caliente porque solo hay vapor de agua.

La clave básica para la habitabilidad son las condiciones templadas.La mejor manera de determinar el calor de un planeta a distancia y su capacidad para retener agua líquida en su superficie es medir su distancia a la estrella y la radiación estelar que recibe.Aquí es donde nació la idea de Goldilocks Zone.Sin embargo, los planetas también pueden generar su propio calor si no son demasiado viejos.La Tierra lo hace, y el calor hace más que ayudar a que las aguas superficiales duren.La fuente de calor interna de la Tierra mantiene el planeta caliente y apto para la vida durante muchos años.

Los planetas terrestres se calientan por la desintegración radiactiva de los elementos generadores de calor (HPE).Los isótopos de uranio, los isótopos de potasio y los isótopos de torio actúan como fuentes internas de calor a medida que se descomponen con el tiempo en HPE en el núcleo de la Tierra.El calor provoca la convección del manto del planeta, el lento movimiento del material del manto hacia la superficie de la Tierra.Impulsa el ciclo del carbono importante para la vida.A medida que el material enterrado durante mucho tiempo en el manto de la Tierra se expone a la atmósfera, libera CO2, calentando el planeta.Sin embargo, la Tierra se enfriará a medida que el isótopo se descomponga en un estado estable durante un período de tiempo extremadamente largo.La convección del manto se debilita, el ciclo del carbono se ralentiza y el planeta se estanca.Si eso sucede en la Tierra, el juego ha terminado.

La convección del manto es el movimiento lento del material del manto hacia la superficie de la Tierra por el calor de la descomposición de los radionúclidos. Cuando el material del manto llega a la superficie, libera CO2 que calienta la atmósfera. Crédito de la imagen: Por Surachit - Trabajo propio SVG [1] basado en imágenes USGS de dominio público encontradas aquí y cargadas originalmente aquí, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid =2574349

Entonces, el calor interno de un planeta puede ser tan importante como el calor que recibe de sus estrellas.Solo el calor interno puede causar la convección del manto y el ciclo del carbono.Y el mejor indicador del calor interno y del ciclo del carbono es la juventud del planeta.

El nuevo estudio”desgasificación del manto de por vida a través del tiempo galáctico,Y los exoplanetas de roca de capa estancada de edad máxima podrían soportar un clima templado”.Publicado en The Astrophysical Journal, el autor principal es el Dr. Dr. Research Scientist del Southwest Research Institute (SwRI). Este es Cayman Unterborn.

El CO2 que libera la convección del manto a medida que mueve el material del manto hacia la superficie de la Tierra se denomina desgasificación del manto y es en parte responsable del clima cálido de la Tierra.Sin el CO2 de la desgasificación, el planeta no podría sustentar la vida.La pregunta es cuándo es probable que se estanque la desgasificación del manto impulsada por el calor interno.

“Es más probable que los exoplanetas sin desgasificación activa sean planetas más fríos y con bolas de nieve”

Dr. Cayman Unterborn, autor principal de SwRI.

“Sabemos que estos elementos radiactivos son necesarios para controlar el clima, pero no sabemos cuánto tiempo podemos hacer estas cosas porque estos elementos se descomponen con el tiempo”, dijo el autor principal Unterborn.“Además, los elementos radiactivos no se distribuyen uniformemente por toda la galaxia y, a medida que los planetas envejecen, el agotamiento por calor puede dejar de desgasificarse.Los planetas pueden tener más o menos de estos elementos que la Tierra, por lo que queríamos comprender cómo este cambio podría afectar el período de tiempo en el que los exoplanetas rocosos pueden soportar un clima templado similar al de la Tierra”.

El conocido sistema TRAPPIST-1 contiene el mayor grupo de planetas del tamaño de la Tierra que conocemos. Hay 7, incluidos 4, en la zona habitable de la estrella. Sin embargo, dado que tienen unos 8 mil millones de años, es posible que la fuente de calor interna se haya enfriado. En otras palabras, la desgasificación del CO2 del manto no puede mantener caliente la atmósfera. A pesar de que están en la zona habitable de la estrella, ahora hace tanto frío que sería casi imposible mantener la vida. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech

La única forma de saber qué planeta tiene suficiente HPE para inducir la convección del manto es observar:metálicosu estrellaEs mucho más fácil estudiar estrellas distantes que planetas que están a la misma distancia.Podemos estimar la densidad de exoplanetas a grandes distancias y hacernos una idea de lo que están hechos.Pero no tenemos una manera de medir su composición en detalle.Debido a que las estrellas y los planetas estelares se forman a partir del mismo material principal, la metalicidad de una estrella es similar a la de un planeta.Si una estrella es muy metálica, también lo será el planeta.

“Usando estrellas anfitrionas para estimar la cantidad de estos elementos que ingresarán al planeta a lo largo de la historia de nuestra galaxia”, dijo Unterborn, “estimamos cuánto tiempo el planeta puede esperar suficiente actividad volcánica para mantener un clima templado antes de que se quede sin energía”. Unterborn dijo. Yo conté”, dijo. .“En las condiciones más pesimistas, estimamos que esta edad crítica es de unos 2.000 millones de años para los planetas con la masa de la Tierra y alcanza los 5-6.000 millones de años para los planetas de mayor masa en condiciones más optimistas.”Para los pocos planetas de los que conocemos su edad, encontramos que son lo suficientemente jóvenes como para decir con confianza que pueden salir a la superficie liberando carbono hoy, como se observó con el Telescopio Espacial James Webb”.

Este gráfico del estudio presenta un mapa de color interpolado de los límites del intervalo de confianza del 95 % medio (centro), inferior (izquierda) y superior (derecha) para la vida útil de desgasificación del manto de los exoplanetas del casquete estancado en función de la masa y la edad del planeta. sistema. El equipo define una interrupción de corte que ocurre cuando la tasa de desgasificación cae por debajo del 10% del valor actual de la Tierra. El equipo descubrió que la vida útil de desgasificación del manto de los exoplanetas de roca cubierta aumenta con la masa del planeta, pero disminuye a medida que la galaxia envejece. A medida que la galaxia envejecía, los elementos generadores de calor (HPE) individuales se creaban y decaían a diferentes velocidades. Es decir, las concentraciones heredadas cuando se forma un planeta y el balance de calor radiactivo del planeta son una función de cuándo se formó en la historia galáctica. . Crédito de la imagen: Unterborn et al. 2022.

En este artículo, los investigadores utilizaron observaciones y modelos para comprender mejor cómo los parámetros relacionados con la desgasificación del manto afectan el clima templado del planeta.Estimaron la distribución de los elementos generadores de calor (HPE) que se han convertido en parte de los planetas rocosos a lo largo de la historia galáctica.Basaron sus estimaciones de los cambios de sistema a sistema vistos en los resultados de los datos de abundancia estelar y los modelos de evolución química galáctica.Los modelos GCE muestran que los planetas se formaron más tarde en la historia de la galaxia anfitriona.menos calor radiactivocomienza con .Esto se debe a que la química general de las galaxias cambia con el tiempo a medida que mueren las estrellas viejas y se forman otras nuevas.

Sobre la base de estas estimaciones, se realizaron una serie de simulaciones de Monte Carlo que maximizan la tasa de enfriamiento del manto.”Esto nos permite hacer estimaciones pesimistas de la vida útil de los exoplanetas con capas rocosas estancadas en función de la masa en la historia galáctica para sustentar un ciclo global del carbono y un clima templado”.el equipo escribe.

Luego aplicaron el marco resultante a los 17 exoplanetas conocidos que probablemente sean rocas, 7 de los cuales aún pueden estar gaseando en la actualidad.El resto de los planetas, incluidos los del sistema TRAPPIST-1, no podrán desgasificarse lo suficiente para mantener un clima templado sin otras fuentes de calor, como el calentamiento por mareas.

Tomada de Eyes on Exoplanets de la NASA, esta captura de pantalla muestra la obra de arte del artista del K2-36 b. En este estudio, es uno de los planetas con un nivel de confianza del 95 % que todavía está experimentando la desgasificación del manto. Es una súper Tierra que orbita una estrella de tipo K de larga vida, pero está demasiado cerca de una estrella para albergar vida. Crédito de la imagen: NASA

“Es más probable que los exoplanetas sin desgasificación activa sean planetas fríos con bolas de nieve”, dijo Unterborn.“No puedo decir que los otros planetas no se estén desgasificando hoy, pero puedo decir que requieren condiciones especiales como el calentamiento de las mareas o la tectónica de placas para hacerlo.Estos incluyen los famosos exoplanetas de roca descubiertos en el sistema estelar TRAPPIST-1.Sin embargo, un planeta joven con un clima templado puede ser el lugar más sencillo para encontrar otra Tierra”.

Todavía estamos en las primeras etapas de comprensión de los exoplanetas y su habitabilidad.La falta de datos detallados sobre planetas individuales nos obstaculiza.Los científicos están luchando por obtener datos detallados sobre un solo exoplaneta, y los autores dicen que la estrella anfitriona debería proporcionar más información sobre el HPE del planeta.”Los exoplanetas de rocas individuales proporcionan la escasez de datos directos necesarios para comprender su evolución”, escriben los autores.“La edad de las estrellas juveniles y la abundancia de radionúclidos son factores observables importantes y actualmente infrautilizados que brindan información indirecta sobre los planetas para comprender mejor la historia y el potencial moderado actual de los exoplanetas, independientemente de su estado tectónico. “

Esta figura muestra tres planetas rocosos con diferentes cantidades de calor en diferentes cantidades de HPE. Los planetas intermedios son similares a la Tierra, con estructuras de placas y generadores internos que generan campos magnéticos. El planeta superior es mucho más caliente, pero no tiene generadores internos ni campos magnéticos y tiene niveles extremos de actividad volcánica. El planeta inferior tiene poco calentamiento, no tiene actividad volcánica y está geológicamente muerto. Crédito de la imagen: Melissa Weiss

HPE Abundance es una métrica infrautilizada y, aunque los autores señalan lo importante que es la abundancia, aún quedan problemas por abordar.La estrella no tiene un signo que indique qué tan metálica es y qué tan directamente se correlaciona con el HPE del planeta.Por ejemplo, el documento señala que el potasio 40 juega un papel más importante que otros HPE, pero es difícil inferir su existencia en un planeta.“Durante HPE,40Dado que K es el factor dominante que controla la vida útil de la desgasificación del manto,${}_{máximo}$Establece la edad de los planetas que probablemente se desgasificarán hoy”.“A diferencia del torio y el uranio, las concentraciones de K y uranio del planeta son40K no se puede inferir directamente de la abundancia estelar”.

El telescopio espacial James Webb está a punto de comenzar la ciencia y, aunque no podrá medir directamente el HPE del planeta, contribuirá a una mejor comprensión general de la desgasificación del manto exoplanetario.JWST podrá caracterizar las atmósferas de los exoplanetas con más detalle que nunca.Examinará planetas específicos individualmente y los datos construirán una mejor comprensión de los cambios en las atmósferas de los exoplanetas.Desarrollaremos nuestro conocimiento de cómo la atmósfera interactúa con la superficie y el interior de los exoplanetas.Si las observaciones de JWST pudieran usarse junto con la edad específica del huésped y la abundancia de HPE, tendríamos una comprensión mucho mejor de qué planetas aún están experimentando la desgasificación del manto.Sería un gran paso hacia una mejor comprensión de la habitabilidad.

“A medida que avanzamos hacia una caracterización más profunda de objetivos individuales en la época del Telescopio Espacial James Webb, estas observaciones astronómicas directas e indirectas se han combinado con datos de laboratorio y modelos de la comunidad de ciencias de la tierra, lo que permite que los exoplanetas rocosos tengan tanto regiones estándar y temporalmente habitables dentro del calor interno lo ha agotado y es demasiado viejo para ser como la Tierra”, concluyeron los autores.

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