James Webb buscará signos de vida en los planetas que orbitan estrellas muertas

¿Pueden las estrellas muertas de la galaxia ayudarnos en nuestra búsqueda de vida? Así lo cree un grupo de investigadores de la Universidad de Cornell. Dicen que observar el tránsito de exoplanetas frente a las enanas blancas puede decirnos mucho sobre esos planetas.

Incluso podría revelar signos de vida.

Un nuevo estudio presenta esta idea en The Astrophysical Journal Letters. La investigación se titula “La oportunidad de la enana blanca: detecciones robustas de moléculas en atmósferas de exoplanetas similares a la Tierra con el telescopio espacial James Webb.” La autora principal y correspondiente es Lisa Kaltenegger, profesora asociada de astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias de Cornell. Kaltenegger es también el director de la Instituto Carl Sagan.

“Si existen planetas rocosos alrededor de enanas blancas, podríamos detectar signos de vida en ellos en los próximos años”, dijo Kaltenegger en un comunicado. presione soltar.

Uno de los objetivos del Telescopio Espacial James Webb (JWST) es caracterizar las atmósferas de los exoplanetas mediante espectroscopia. El JWST tiene el poder de hacer eso con planetas muy distantes. Mientras que otras instalaciones pueden hacer espectroscopia, el JWST tiene el beneficio adicional de hacerlo en el infrarrojo. En luz infrarroja, las moléculas en la atmósfera de un planeta tienen la mayor cantidad de características en sus espectros, lo que las hace más fáciles de identificar.

“¿Y si la muerte de la estrella no es el fin de la vida?”

Lisa Kaltenegger, autora principal, profesora, Universidad de Cornell

Pero este estudio lleva al JWST y sus poderes de observación de la atmósfera en una dirección diferente. Mientras que la investigación de exoplanetas y la búsqueda de vida normalmente se enfoca en planetas que transitan pequeños enanas M, los autores dicen que podría haber una mejor manera. Señalan que encontrar enanas blancas con planetas transitando frente a ellas es una forma de avanzar en la búsqueda de vida. Eso se debe en parte a que sería más fácil detectar firmas biológicas potenciales.

El Telescopio Espacial James Webb, con su icónico espejo segmentado, se encuentra dentro de una sala limpia en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. Este estudio más reciente es solo una razón más, no podemos esperar a que este telescopio se ponga a trabajar. Crédito: NASA/CSJ

Detectar firmas biológicas alrededor de las enanas M es un desafío. La potente salida de luz de las estrellas grandes hace que sea más difícil ver lo que sucede en su vecindad. Y los M-dwars son conocidos por el alto nivel de actividad de manchas solares y llamaradas. Toda esa actividad podría perjudicar las búsquedas espectroscópicas de biomarcadores. En su artículo, los autores explican que “los planetas similares a la Tierra alrededor de pequeñas enanas M frías, como TRAPPIST-1, son objetivos prometedores para la caracterización con los próximos Extremely Large Telescopes (ELT) y JWST. Sin embargo, quedan desafíos pendientes en la interpretación de los espectros de transmisión de los planetas terrestres enanos M, en particular la contaminación de las manchas estelares no ocultas”.

Pero las enanas blancas son diferentes. Se han quedado sin combustible nuclear y se han reducido a solo un núcleo remanente. Todavía proporcionan suficiente luz para la investigación espectroscópica de las atmósferas de sus exoplanetas, pero no abruman la señal con su propia luminosidad. Y dado que ya no queman activamente combustible nuclear, las enanas blancas solitarias no se encienden, por lo que no afectan los resultados espectroscópicos. (Pueden estallar si están en una relación binaria).

Los autores dicen que al centrarse en las enanas blancas, el JWST debería poder identificar el agua y el dióxido de carbono, ambas sustancias correlacionadas con los procesos vivos, en tan solo un par de horas.

“Al observar planetas similares a la Tierra que orbitan enanas blancas, el Telescopio Espacial James Webb puede detectar agua y dióxido de carbono en cuestión de horas”, dijo MacDonald. “Dos días de tiempo de observación con este poderoso telescopio permitirían el descubrimiento de gases de firma biológica, como el ozono y el metano”.

Esta figura del estudio muestra detecciones JWST simuladas de biomarcadores en la atmósfera de un planeta similar a la Tierra que orbita una enana blanca. Crédito de la imagen: Kaltenegger et al, 2020.

Unos pocos descubrimientos condujeron a este nuevo método potencial de búsqueda de señales de vida.

Las enanas blancas pasan por muchos cambios cuando abandonan la secuencia principal. Su estrella progenitora arroja sus capas exteriores en una serie de violentas convulsiones que deberían significar la perdición de cualquier planeta que los orbite. En su fase de gigante roja, la estrella se expande para envolver cualquier cuerpo planetario que esté demasiado cerca. Esto le sucederá a nuestro propio Sol en varios miles de millones de años. El Sol envolverá y destruirá a Mercurio, Venus, tal vez incluso a la Tierra.

Pero a veces los planetas pueden sobrevivir al proceso.

Después de varios miles de millones de años, los soles amarillos (como el nuestro) se convierten en Gigantes Rojas, expandiéndose a varios cientos de veces su tamaño normal. Luego eventualmente se convertirán en enanas blancas. Crédito: Wendy Kenigsburg

Los autores explican en su artículo que “El origen y la supervivencia de los planetas cercanos que orbitan WD han sido objeto de un estudio teórico activo. Una vez que una estrella de la secuencia principal se convierte en una WD, los sistemas planetarios estables pueden sufrir inestabilidades dinámicas violentas, excitando planetas a alta excentricidad, bajapericentro órbitas. Estas órbitas pueden circular rápidamente debido a la disipación de las mareas, lo que lleva en algunas circunstancias a la supervivencia de los planetas en órbitas cercanas”.

Cuando los astrónomos descubrieron planetas que orbitaban alrededor de una enana blanca, las cosas pasaron de lo teórico a lo práctico; un desarrollo muy significativo.

Al principio, los astrónomos que estudiaban las enanas blancas vieron evidencia de escombros rocosos cerca de las estrellas muertas. Los escombros estaban orbitando en discos de escombros, o incluso más cerca de la estrella, o justo en la atmósfera de la estrella. Los científicos interpretaron eso como evidencia de planetas destruidos cuando la estrella se convirtió en una enana blanca.

Impresión artística de un disco de material alrededor de una estrella enana blanca. Crédito de la imagen: Observatorio Gemini

En septiembre de 2019, los astrónomos descubrieron un candidato a planeta gigante orbitando una enana blanca. Esta fue la evidencia de que los grandes planetas pueden sobrevivir a la transición de su estrella a una enana blanca. Pueden sobrevivir a través de la migración. Y casi al mismo tiempo, en noviembre de 2019, los científicos descubrieron un planeta que orbita alrededor de una gigante roja, después de haber sobrevivido a la transición de esa estrella a su fase de gigante roja.

Los astrónomos han encontrado una estrella enana blanca que parece estar rodeada por un disco truncado de gas. El disco probablemente se creó a partir de un planeta gaseoso que fue desgarrado por su gravedad. Crédito de la imagen: NASA

En diciembre de 2019, un equipo de astrónomos descubrió un planeta del tamaño de Neptuno que orbitaba una enana blanca mucho más pequeña que él. No podían ver el planeta en sí, solo la atmósfera del planeta mientras la enana blanca la despojaba. El planeta probablemente estaba condenado, pero demostró que las enanas blancas aún pueden albergar exoplanetas. Y aunque este era un gigante gaseoso, y es poco probable que albergara vida, muestra que los planetas rocosos también pueden sobrevivir alrededor de las enanas blancas.

Ahí es donde entra este trabajo.

“Ahora sabemos que los planetas gigantes pueden existir alrededor de las enanas blancas, y la evidencia se remonta a más de 100 años y muestra material rocoso que contamina la luz de las enanas blancas. Ciertamente hay rocas pequeñas en los sistemas de enanas blancas”, dijo MacDonald. «Es un salto lógico imaginar un planeta rocoso como la Tierra orbitando una enana blanca».

Interpretación artística de una enana blanca de la superficie de un exoplaneta en órbita. Crédito de la imagen: Madden/Universidad de Cornell

La nave espacial TESS de la NASA es la principal nave espacial de caza de planetas del día. Parte de su búsqueda consiste en buscar planetas rocosos alrededor de enanas blancas. Las enanas blancas son pequeñas y sus planetas deberían tener tiempos de transición cortos, al igual que WD 1856+534, el candidato a planeta gigante encontrado en septiembre de 2019. Este tardó solo unos dos minutos en transitar, y es más probable que los planetas con tiempos de tránsito más cortos ser visto

Por lo general, un exoplaneta queda empequeñecido por su estrella, y toda esa luz nos ciega a la vista del planeta. Pero con las enanas blancas, ese no es el caso. Los autores explican en su artículo que «los planetas en tránsito que orbitan estrellas más pequeñas son generalmente más fáciles de caracterizar, debido a su mayor proporción de tamaño de planeta a estrella». La rápida repetición de los tránsitos facilita la identificación espectroscópica de biomarcadores.

Como escriben los autores en su artículo, «los planetas rocosos en la zona habitable de WD representan, por lo tanto, una oportunidad prometedora para caracterizar las atmósferas de los planetas terrestres y explorar la posibilidad de una segunda génesis en estos mundos.”

Si, o cuando, TESS encuentre planetas rocosos que orbiten alrededor de una enana blanca, Kaltenegger y sus colegas estarán listos. Tomaron métodos establecidos del Telescopio Espacial Hubble para identificar gases en atmósferas de exoplanetas y los combinaron con atmósferas modeladas de planetas enanos blancos de otras investigaciones. Entonces, una vez que el JWST esté operativo, la base para comprender espectroscópicamente las atmósferas de los exoplanetas ya estará lista.

Una ilustración artística de TESS, el satélite de sondeo de exoplanetas en tránsito. Crédito de la imagen: NASA

¿Qué pasaría si encontráramos vida en un planeta que orbita alrededor de una enana blanca? Las implicaciones son asombrosas. Dado que la mayoría de las estrellas de la Vía Láctea, incluida la nuestra, terminarán sus vidas como enanas blancas, la propuesta es asombrosa. De hecho, los astrofísicos creen que más del 97% de las estrellas de nuestra galaxia se convertirán en enanas blancas. ¿Podría haber sobrevivido la vida en planetas que sobrevivieron a la transición de sus estrellas? O, aún más emocionante, ¿podría haber resurgido la vida?

“¿Y si la muerte de la estrella no es el fin de la vida?” ella dijo. “¿Podría continuar la vida, incluso una vez que nuestro sol haya muerto? Las señales de vida en los planetas que orbitan alrededor de las enanas blancas no solo mostrarían la increíble tenacidad de la vida, sino quizás también un vistazo a nuestro futuro”.