sábado, 27 de agosto de 2016

La habitabilidad del planeta Próxima b

Dibujo20160825 artist recreation proxima b ESO M  Kornmesser eso1629j

La habitabilidad del planeta rocoso de tamaño terrestre más cercano, Próxima Centauri b, ya ha sido estudiada por varios artículos que se han publicado hoy mismo en arXiv. De hecho, los propios autores del artículo publicado ayer en Nature afirman en tres artículos que se trata de un candidato viable a planeta habitable y que lo ha sido durante miles de millones de años. Quizás son muy optimistas, pues otros dos artículos no lo son tanto, aunque tampoco se les puede calificar de pesimistas.
Por supuesto, estudiar la posible atmósfera de Próxima b debe ser un prioridad en los próximos años. El telescopio europeo extremadamente grande (E-ELT) de la ESO quizás podría observar directamente este nuevo planeta y realizar un análisis espectroscópico de alta resolución de su atmósfera. Así se podrían buscar señales de O2, H2O, CO2, y CH4. Gracias a ello se podrían evaluar con mayor confianza los escenarios posibles para su habitabilidad presente y pasada. Sin lugar a dudas, el estudio de Próxima b en los próximos años conducirá a resultados apasionantes.
Los tres artículos optimistas sobre la habitabilidad de Próxima b son: Ignasi Ribas, Emeline Bolmont, …, Guillem Anglada-Escude, “The habitability of Proxima Centauri b. I. Irradiation, rotation and volatile inventory from formation to the present,”arXiv:1608.06813 [astro-ph.EP]; Martin Turbet, Jeremy Leconte, …, Guillem Anglada-Escudé, “The habitability of Proxima Centauri b II. Possible climates and Observability,”arXiv:1608.06827 [astro-ph.EP]; y Gavin A. L. Coleman, Richard P. Nelson, …, Guillem Anglada-Escude, “Exploring plausible formation scenarios for the planet candidate orbiting Proxima Centauri,” arXiv:1608.06908 [astro-ph.EP].
Otros dos artículos que no son tan optimistas son Rory Barnes, Russell Deitrick, …, Eddie Schwieterman, “The Habitability of Proxima Centauri b I: Evolutionary Scenarios,”arXiv:1608.06919 [astro-ph.EP]; y James R. A. Davenport, David M. Kipping, …, Chris Cameron, “MOST Observations of our Nearest Neighbor: Flares on Proxima Centauri,”arXiv:1608.06672 [astro-ph.SR].
[PS 27 Ago 2016] Recomiendo encarecidamente el estupendo artículo de Daniel Marín, “Un punto rojo pálido: a vueltas con la habitabilidad de Próxima b,” Eureka, 27 Ago 2016.
Dibujo20160825 All of the data sets phase-folded at the 11 day signal planet proxima centauri nature19106-f2
Lo primero, el nuevo planeta que orbita la estrella Próxima Centauri es un candidato a planeta, mientras no sea confirmado de forma independiente. Así funciona la ciencia. Aunque se publique en Nature a bombo y platillo, no debemos afirmar a la ligera que se trata de un planeta sin que haya sido confirmado. En el año 2012 se publicó en Nature el descubrimiento de un planeta con una masa terrestre orbitando la estrella Alpha Centauri B (que junto a Próxima Centauri y Alpha Centauri A forman un sistema estelar triple). Como ya sabrás, no fue confirmado y hoy está descartado. El candidato a planeta, que los medios vendieron como planeta, al final fue una falsa alarma. Ya te conté mis dudas en su momento en “Un granito de sal sobre el exoplaneta más cercano a la Tierra que orbita la estrella Alfa Centauri B,” LCMF, 17 Oct 2012, y en “Más información sobre la órbita del exoplaneta Alfa Centauri B b, el más cercano a la Tierra,” LCMF, 19 Oct 2012.
Dibujo20160825 Phase-folded radial-velocity curve with a period of 3 days alpha centauri b planet nature11572-f5
Por si no lo recuerdas, el artículo era Xavier Dumusque, Francesco Pepe, …, Stéphane Udry, “An Earth-mass planet orbiting α Centauri B,” Nature 491: 207–211 (08 Nov 2012), doi: 10.1038/nature11572; recomiendo también Artie P. Hatzes, “Astronomy: Meet our closest neighbour,” Nature 491: 200–201 (08 Nov 2012), doi: 10.1038/nature11636. El planeta que tenía una masa mínima de 1,13 ± 0,09 veces la masa de la Tierra, se descubrió por el método Doppler (o de la velocidad radial) con el espectrógrafo HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) del telescopio ESO de 3,6 m en La Silla, Chile, el mismo que se ha usado ahora. Su periodo (año) de solo 3,236 días indicaba que se encontraba a 0,04 unidades astronómicas de su estrella, luego era demasiado caliente para estar en la zona habitable de su estrella. Además, cuando se anunció se hablaba de candidato a planeta, pues el método Doppler se consideraba poco fiable para la detección de un planeta de tamaño tan pequeño (similar al terrestre).
El (candidato a) planeta tipo terrestre alrededor de Alpha Centauri B, cuya confianza estadística se estimó en tres sigmas, no fue confirmado con un análisis independiente de los mismos datos de HARPS, ni por Artie P. Hatzes, “The radial velocity detection of earth-mass planets in the presence of activity noise: the case of α Centauri Bb,” The Astrophysical Journal 770: 133 (05 Jun 2013), doi: 10.1088/0004-637X/770/2/133, ni por V. Rajpaul, S. Aigrain, S. Roberts, “Ghost in the time series: no planet for Alpha Cen B,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 456: L6-L10 (11 Feb 2016), doi: 10.1093/mnrasl/slv164. Como resultado hoy en día se considera que dicho planeta no existe. El viento se llevó al candidato a planeta.
Dibujo20160825 Detection of a Doppler signal at 11 day proxima centauri nature19106-f1
Para minimizar las posibles dudas sobre el candidato a planeta alrededor de Proxima Centauri, los astrónomos han combinado dos métodos para su detección (y tres conjuntos de datos): 90 medidas HARPS anteriores a 2016 (HARPS pre-2016), 54 medidas HARPS obtenidas en 2016 por el proyecto Pale Red Dot entre el 19 de enero y el 31 de marzo (HARPS PRD), y 72 medidas UVES obtenidas entre 2000 y 2008 (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph). Ambos instrumentos de ESO, HARPS y UVES, están instalados en sendos telescopios y sus datos han sido analizados por el mismo equipo de investigadores, lo que no evita el sesgo de confirmación, luego su análisis independiente me parece imprescindible. El artículo es Guillem Anglada-Escudé, Pedro J. Amado, …, Mathias Zechmeister, “A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri,” Nature 536: 437–440 (25 Aug 2016), doi: 10.1038/nature19106.
Dibujo20160825 planet proxima centauri parameters nature table
Como indica esta tabla el periodo (año) del nuevo (candidato a) planeta es de 11,186 ± 0,002 días, con una órbita de semieje mayor a 0,048 ± 0,005 unidades astronómicas y una masa mínima de 1,27 ± 0,19 veces la terrestre. La relación entre masa y radio para un planeta rocoso indica que su radio será inferior a 1,2 veces el radio terrestre, lo que garantiza que no se trata de un planeta gaseoso (Li Zeng, Dimitar Sasselov, Stein Jacobsen, “Mass-Radius Relation for Rocky Planets based on PREM,” The Astrophysical Journal 819: 127 (Mar 2016), doi: 10.3847/0004-637X/819/2/127arXiv:1512.08827 [astro-ph.EP]). Muchos medios hablan de este planeta omitiendo estos detalles, quizás porque así lo ha hecho en esta ocasión Artie P. Hatzes, “Astronomy: Earth-like planet around Sun’s neighbour,” Nature 536: 408–409 (25 Aug 2016), doi: 10.1038/536408a. ¿Por qué ahora no tiene dudas sobre este planeta como ocurrió en 2012? Porque la confianza estadística bayesiana en contra de la hipótesis nula alcanza 21 millones (como ves en la tabla), es decir, unas 5,4 sigmas (la del planeta de 2012 rondaba las 3 sigmas). Sin embargo, repito, la confirmación independiente me parece imprescindible.
Dibujo20160825 Schematic diagrams climate regimes function CO2 atmospheric content synchronous spin state proxima b
No se conocen en detalle los parámetros orbitales, luego hay dos escenarios posibles. Una órbita casi circular en rotación síncrona 1:1, con lo que el planeta siempre ofrece la misma cara a su estrella, o una órbita excéntrica en rotación asíncrona 3:2. La posibilidad de la existencia de oceános o lagos de agua líquida depende del contenido de gases de efecto invernadero en su atmósfera y de la cantidad de agua que se pudo perder durante la evolución temprana del planeta. Esta figura presenta los escenarios posibles en el caso síncrono en función de la concentración de CO2 y del contenido actual de agua retenida. Hay una amplia región del espacio de parámetros en el que habría un océano de agua líquida en la superficie, pero también es posible que se trate de un planeta seco con pequeños lagos superficiales solo durante la noche.
Dibujo20160825 Schematic diagrams climate regimes function CO2 atmospheric content asynchronous state proxima b
Esta figura presenta los escenarios posibles en el caso asíncrono en función de la concentración de CO2 y del contenido actual de agua retenida. Hay una amplia región del espacio de parámetros en el que habría agua líquida en la superficie. Se observa que para un efecto invernadero pequeño (baja concentración de CO2) podría ser un mundo cubierto de nieve, quizás con océanos bajo la superficie, o un mundo similar a Marte, con agua sólo en los casquetes polares. Siendo optimistas es posible que tenga grandes océanos o un gran número de lagos con agua líquida en su superficie.
Dibujo20160825 Annual mean surface temperatures of completely dry atmospheres proxima b
Estas figuras muestran las temperaturas medias anuales para el caso de una atmósfera seca en función de la presión de CO2 (las de abajo corresponden a una atmósfera similar a la terrestre). Recuerda que 355 K son unos 82 ºC, que 265 K son −8 ºC y que 145 K son −128 ºC. Si Próxima b está en resonancia 1:1 su temperatura superficial sólo permitiría albergar vida en la cara que ofrece a su estrella. Pero si estuviera en resonancia 3:2 esta región se extendería a casi todo el planeta.
Guillem Anglada-Escudé y sus colegas realizan un análisis de gran número de escenarios posibles, y no quiero aburrirte con los detalles. Lo más importante es que afirman que Próxima b es habitable casi con toda seguridad. Por supuesto, todo depende de su contenido inicial de agua y de la cantidad que haya perdido durante su evolución en los últimos miles de millones de años. Todos los extremos son posibles, desde un planeta casi seco, hasta un mundo acuático similar a la Tierra.
Dibujo20160825 high-energy fluxes received proxima b
Un elemento clave en Próxima b es la irradiación de alta energía que recibe desde su estrella. Esta tabla muestra la estimación entre 0,6 y 170 nm, comparada con la que recibe la Tierra. La irradiación en rayos X promedio que recibe hoy en día Proxima b se estima en 250 veces la que recibe la Tierra; en el ultravioleta cercano (XUV) recibe 60 veces la terrestre y en el lejano (FUV) unas 10 veces más. Esta irradiación promedio está compuesta por un flujo constante y por eventos más intensos (llamaradas).
Más importante que la irradiación actual es su evolución en el pasado, desde que la estrella Próxima se formó hace unos 4800 millones de años. Se han considerado dos escenarios posibles, que la irradiación XUV en Proxima b fuera unas ~150 veces más fuerte que la terrestre durante sus primeros 3000 millones de años, cayendo luego hasta los valores actuales, o que el flujo haya sido constante en el tiempo, es decir, ~60 veces más fuerte que la Tierra de forma continua. En ambos casos puede haberse retenido una atmósfera y suficiente agua líquida en la superficie para permitir la evolución de la vida.
Dibujo20160825 multiple evolutionary pathways for the water on proxima b
Esta figura muestra múltiples escenarios para la evolución del contenido de agua y de oxígeno atmosférico en Próxima b en función de las condiciones iniciales, bajo la hipótesis de la superficie es ineficiente a la hora de captura el oxígeno. La zona azul correponde a la existencia de agua pero no oxígeno (planeta habitable ideal para el origen de la vida), la amarilla a la de agua y oxígeno (planeta habitable, pero cuyo contenido en oxígeno dificulta el origen de la vida), la rosada a oxígeno pero no agua (planeta inhabitable, pero cuya atmósfera mostraría rastros de oxígeno) y la gris a la ausencia de ambos (planeta seco e inhabitable).
Dibujo20160825 efficient oxygen sinks multiple evolutionary pathways for the water on proxima b
Para el origen de la vida lo ideal sería que hubiera mecanismos superficiales eficientes para la captura del oxígeno, como muestra esta figura. La clave de la vida en Próxima b es cómo fue su evolución temprana. Lo más razonable es que estaba fuera de la zona habitable de su estrella y entró en ella más tarde. Exactamente cuándo es clave para saber cuánta agua retuvo y si pudo retener una atmósfera.
En resumen, no te aburro más, si te interesa el tema te animo a leer los artículos de arXiv que cito más arriba. Sabemos tan poco sobre Próxima b que hay hueco para casi todos los escenarios posibles. Lo importante es que muchos de ellos permiten que la vida haya surgido en dicho planeta y que en la actualidad haya agua líquida en su superficie.
 Sin lugar a dudas Próxima b será un planeta que dará mucho que hablar en los próximos años.
http://francis.naukas.com/

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