5 diciembre 2021

La armonía limita la llegada de agua a los mundos de TRAPPIST-1

La armonía limita la llegada de agua a los mundos de TRAPPIST-1
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Una ilustración que muestra cómo se vería el sistema TRAPPIST-1 desde un punto de vista cercano al planeta TRAPPIST-1f (derecha).

Una ilustración que muestra cómo se vería el sistema TRAPPIST-1 desde un punto de vista cercano al planeta TRAPPIST-1f (derecha). – NASA/JPL-CALTECH)

   MADRID, 25 Nov. –

   Siete planetas del tamaño de la Tierra orbitan la estrella TRAPPIST-1 en una armonía casi perfecta, y un nuevo estudio determina que ese rasgo limita la llegada tardía de agua a estos mundos.

   «Después de que se formen los planetas rocosos, hay cosas que chocan contra ellos –explica el astrofísico Sean Raymond, de la Universidad de Burdeos (Francia)–. Se llama bombardeo, o acreción tardía, y nos preocupamos por ello, en parte, porque estos impactos pueden ser una fuente importante de agua y elementos volátiles que fomentan la vida».

   En su nuevo estudio, publicado en línea en la revista ‘Nature Astronomy’, Raymond y sus colegas del proyecto CLEVER Planets, financiado por la NASA, de la Universidad de Rice y de otras siete instituciones de Estados Unidos, utilizaron un modelo informático de la fase de bombardeo de la formación planetaria de TRAPPIST-1 para explorar los impactos que sus planetas podrían haber soportado sin quedar fuera de armonía.

   Descifrar el historial de impactos de los planetas es difícil en nuestro sistema solar y podría parecer una tarea imposible en sistemas a años luz de distancia, señala Raymond.

   «En la Tierra, podemos medir ciertos tipos de elementos y compararlos con los meteoritos -explica en un comunicado-. Eso es lo que hacemos para tratar de averiguar cuántas cosas se estrellaron en la Tierra después de que se formara en su mayor parte».

   Pero esas herramientas no existen para estudiar el bombardeo en los exoplanetas. «Nunca obtendremos rocas de ellos –apunta–. Nunca vamos a ver cráteres en ellos. Entonces, ¿qué podemos hacer? Aquí es donde entra la configuración orbital especial de TRAPPIST-1. Es una especie de palanca de la que podemos tirar para poner límites a esto».

   TRAPPIST-1, a unos 40 años luz de distancia, es mucho más pequeño y frío que nuestro sol. Sus planetas se nombran alfabéticamente de la b a la h en orden de su distancia a la estrella. El tiempo necesario para completar una órbita alrededor de la estrella -equivalente a un año en la Tierra- es de 1,5 días en el planeta b y de 19 días en el planeta h.

   Sorprendentemente, sus períodos orbitales forman relaciones casi perfectas, una disposición resonante que recuerda a las notas musicales armoniosas. Por ejemplo, por cada ocho «años» en el planeta b, pasan cinco en el planeta c, tres en el planeta d, dos en el planeta e y así sucesivamente.

   «No podemos decir con exactitud la cantidad de cosas que se estrellaron en cualquiera de estos planetas, pero debido a esta configuración resonante especial, podemos poner un límite superior–explica Raymond–. Podemos decir: ‘No puede haber sido más que esto’. Y resulta que ese límite superior es en realidad bastante pequeño».

   Descubrimos que después de que se formaran estos planetas, no fueron bombardeados por más que una cantidad muy pequeña de cosas –prosigue–. Eso es genial. Es una información interesante cuando pensamos en otros aspectos de los planetas del sistema».

   Los planetas crecen dentro de discos protoplanetarios de gas y polvo alrededor de estrellas recién formadas. Estos discos sólo duran unos pocos millones de años, y Raymond dijo que investigaciones anteriores han demostrado que las cadenas resonantes de planetas como la de TRAPPIST-1 se forman cuando los planetas jóvenes migran más cerca de su estrella antes de que el disco desaparezca.

   Los modelos informáticos han demostrado que los discos pueden guiar a los planetas hacia la resonancia. Raymond subraya que se cree que las cadenas resonantes como la de TRAPPIST-1 deben establecerse antes de que sus discos desaparezcan.

   El resultado es que los planetas de TRAPPIST-1 se formaron rápidamente, en aproximadamente una décima parte del tiempo que tardó la Tierra en formarse, resalta el coautor del estudio de Rice, Andre Izidoro, astrofísico y becario postdoctoral de CLEVER Planets.

   CLEVER Planets, dirigido por Rajdeep Dasgupta, coautor del estudio y profesor de la cátedra Maurice Ewing de Ciencias de los Sistemas Terrestres de Rice, está explorando las formas en que los planetas podrían adquirir los elementos necesarios para albergar vida. En estudios anteriores, Dasgupta y sus colegas de CLEVER Planets han demostrado que una parte importante de los elementos volátiles de la Tierra proceden del impacto que formó la Luna.

   «Si un planeta se forma pronto y es demasiado pequeño, como la masa de la Luna o de Marte, no puede acumular mucho gas del disco -afirma Dasgupta–. Un planeta así también tiene muchas menos oportunidades de obtener elementos volátiles esenciales para la vida mediante bombardeos tardíos».

   Izidoro apunta que ese habría sido el caso de la Tierra, que ganó la mayor parte de su masa relativamente tarde, incluyendo alrededor del 1% de los impactos después de la colisión de formación de la luna.

   «Sabemos que la Tierra tuvo al menos un impacto gigante después de que el gas (en el disco protoplanetario) desapareciera –dice–. Ese fue el evento de formación de la luna.

   «En el caso del sistema TRAPPIST-1, tenemos estos planetas de masa terrestre que se formaron pronto –continúa–. Así que una diferencia potencial, en comparación con la formación de la Tierra, es que podrían tener, desde el principio, algo de atmósfera de hidrógeno y nunca haber experimentado un impacto gigante tardío. Y esto podría cambiar mucho la evolución en términos del interior del planeta, la desgasificación, la pérdida de volátiles y otras cosas que tienen implicaciones para la habitabilidad».

   Raymond destaca que el estudio de esta semana tiene implicaciones no sólo para el estudio de otros sistemas planetarios resonantes, sino para sistemas de exoplanetas mucho más comunes que se creía que habían comenzado como sistemas resonantes.

   «Las súper-Tierras y sub-Neptunos son muy abundantes alrededor de otras estrellas, y la idea predominante es que migraron hacia el interior durante esa fase de disco de gas y luego posiblemente tuvieron una fase tardía de colisiones –señala Raymond–. Pero durante esa fase temprana, en la que migraban hacia el interior, creemos que más o menos -quizá universalmente- tuvieron una fase en la que eran estructuras de cadenas resonantes como TRAPPIST-1. Simplemente no sobrevivieron y acabaron volviéndose inestables más adelante».

   Izidoro añade que una de las mayores contribuciones del estudio podría llegar dentro de unos años, después de que el telescopio espacial James Webb de la NASA, el Extremely Large Telescope del Observatorio Europeo del Sur y otros instrumentos permitan a los astrónomos observar directamente las atmósferas de los exoplanetas.

   «Hoy en día tenemos algunas limitaciones sobre la composición de estos planetas, como la cantidad de agua que pueden tener –comenta Izidoro sobre los planetas que se forman en una fase de migración resonante–. Pero tenemos barras de error muy grandes».

   En el futuro, las observaciones restringirán mejor la composición interior de los exoplanetas, y conocer la historia del bombardeo tardío de los planetas resonantes podría ser extremadamente útil.

   «Por ejemplo, si uno de estos planetas tiene mucha agua, digamos un 20% de fracción de masa, el agua debe haberse incorporado a los planetas en una fase temprana, durante la fase gaseosa –afirma–. Así que habrá que entender qué tipo de proceso pudo traer esta agua a este planeta».

CL1