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El calentamiento de las mareas podría hacer que las exolunas sean mucho más habitables y detectables

Dentro del Sistema Solar, la mayor parte de nuestra investigación astrobiológica está dirigida a Marte, que se considera el siguiente cuerpo más habitable más allá de la Tierra. Sin embargo, los esfuerzos futuros están dirigidos a explorar satélites helados en el Sistema Solar exterior que también podrían ser habitables (como Europa, Encelado, Titán y más). Se espera que esta dicotomía entre planetas terrestres (rocosos) que orbitan dentro de las Zonas Habitables (HZ) de su sistema y lunas heladas que orbitan más lejos de sus estrellas madre informe futuros estudios de planetas extrasolares e investigaciones astrobológicas.

De hecho, algunos creen que las exolunas pueden desempeñar un papel vital en la habitabilidad de los exoplanetas y también podrían ser un buen lugar para buscar vida más allá del Sistema Solar. En un nuevo estudio, un equipo de investigadores investigó cómo la órbita de las exolunas alrededor de sus cuerpos progenitores podría conducir (y poner límites a) el calentamiento de las mareas, donde la interacción gravitacional conduce a la actividad geológica y el calentamiento en el interior. Esto, a su vez, podría ayudar a los cazadores de exoplanetas y astrobiólogos a determinar qué exolunas tienen más probabilidades de ser habitables.

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La investigación fue realizada por el estudiante graduado Armen Tokadjian y el profesor Anthony L. Piro de la Universidad del Sur de California (USC) y los Observatorios de la Institución Carnegie para la Ciencia. El artículo que describe sus hallazgos (“Tidal Heating of Exomoons in Resonance and Implications for Detection”) apareció recientemente en línea y se ha presentado para su publicación en el Astronomical Journal. Su análisis se inspiró en gran medida en la presencia de sistemas lunares multiplanetarios en el Sistema Solar, como los que orbitan Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Ilustración de Júpiter y los satélites galileanos. Crédito: NASA

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En muchos casos, se cree que estas lunas heladas tienen océanos interiores resultantes del calentamiento de las mareas, donde la interacción gravitacional con un planeta más grande conduce a la acción geológica en el interior. Esto, a su vez, permite que existan océanos líquidos debido a la presencia de respiraderos hidrotermales en el límite núcleo-manto. El calor y los productos químicos que estos respiraderos liberan en los océanos podrían hacer que estos “mundos oceánicos” sean potencialmente habitables, algo que los científicos han estado esperando investigar durante décadas.

“En términos de astrobiología, el calentamiento de las mareas puede aumentar la temperatura de la superficie de una luna a un rango donde puede existir agua líquida. Por lo tanto, incluso los sistemas fuera de la zona habitable pueden justificar más estudios astrobiológicos. Por ejemplo, Europa alberga un océano líquido debido a las interacciones de las mareas con Júpiter, aunque se encuentra fuera de la línea de hielo del Sistema Solar. Tokadjian

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Teniendo en cuenta lo abundantes que son los “mundos oceánicos” en el Sistema Solar, es probable que se puedan encontrar planetas similares y sistemas multilunos en toda nuestra galaxia. Como Piro explicó al website de ciencias Universe Today por correo electrónico, la presencia de exolunas tiene muchas implicaciones importantes para la vida, que incluyen:

  1. Las lunas grandes como la nuestra pueden estabilizar la inclinación axial del planeta, por lo que el planeta tiene estaciones regulares

  2. Las interacciones de marea pueden evitar que los planetas se bloqueen con su estrella anfitriona, afectando el clima.

  3. Las lunas pueden calentar por marea un planeta, ayudándolo a mantener un núcleo fundido, lo que tiene muchas implicaciones geológicas.

  4. Cuando un planeta gaseoso está en la zona habitable de una estrella, la luna misma puede albergar vida (piense en Endor o Pandora)

En las últimas décadas, geólogos y astrobiólogos han teorizado que la formación de la Luna (hace unos 4.500 millones de años) jugó un papel importante en la aparición de la vida. Nuestro campo magnético planetario es el resultado de su núcleo externo fundido que gira alrededor de un núcleo interno sólido y en la dirección opuesta a la propia rotación del planeta. La presencia de este campo magnético protege a la Tierra de la radiación dañina y es lo que permitió que nuestra atmósfera permaneciera estable en el tiempo, y no despojada lentamente por el viento solar (como fue el caso de Marte).

Un Io increíblemente activo, la “luna de pizza” de Júpiter, muestra múltiples volcanes y puntos calientes en esta foto tomada con la cámara infrarroja de Juno. Crédito: NASA/JPL-Caltech /SwRI/ASI/INAF/JIRAM/Roman Tkachenko

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En definitiva, las interacciones entre un planeta y sus satélites pueden afectar a la habitabilidad de ambos. Como Tokadjian y Piro mostraron en un artículo anterior utilizando dos exoplanetas candidatos como ejemplo (Kepler-1708 b-i y Kepler-1625 b-i), la presencia de exolunas puede incluso usarse para explorar el interior de los exoplanetas. En el caso de los sistemas multiluna, dijeron Tokadjian y Piro, la cantidad de calentamiento de las mareas depende de varios factores. Como ilustró Piro:

“A medida que un planeta eleva las mareas en una luna, parte de la energía almacenada por la deformación se transfiere al calentamiento de la luna. Este proceso depende de muchos factores, incluida la estructura interior y el tamaño de la luna, la masa del planeta, la separación planeta-luna y la excentricidad orbital de la luna. En un sistema multiluna, la excentricidad puede ser excitada a valores relativamente altos si las lunas están en resonancia, lo que lleva a un calentamiento significativo de las mareas”. “En el trabajo de Armen, muestra muy bien, en analogía con el calentamiento de marea que vemos para Io alrededor de Júpiter, que las interacciones resonantes entre múltiples lunas pueden calentar eficientemente las exolunas. Por ‘resonante’, nos referimos al caso en que los períodos de las lunas obedecen a algún múltiplo entero (como 2 a 1 o 3 a 2) de modo que sus órbitas gravitacionalmente se ‘patean’ entre sí regularmente.

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En su artículo, Tokadjian y Piro consideraron las lunas en una resonancia orbital 2: 1 alrededor de planetas de diferente tamaño y tipo (es decir, planetas rocosos más pequeños a gigantes gaseosos similares a Neptuno y Super-Júpiter). Según sus resultados, el mayor calentamiento de marea ocurrirá en lunas que orbitan planetas rocosos similares a la Tierra con un período orbital de dos a cuatro días. En este caso, la luminosidad de marea fue más de 1000 veces mayor que la de Io, y la temperatura de marea alcanzó 480 K (~ 207 ° C; 404 ° F).

Impresión artística de la vista desde una luna hipotética alrededor de un exoplaneta que orbita un sistema estelar triple. Crédito: NASA

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Estos hallazgos podrían tener implicaciones drásticas para futuros estudios de exoplanetas y astrobiología, que se están expandiendo para incluir la búsqueda de exolunas. Si bien misiones como Kepler han detectado muchos candidatos a exolunas, ninguna ha sido confirmada ya que las exolunas son increíblemente difíciles de detectar utilizando métodos convencionales e instrumentos actuales. Como explicó Tokadjian, el calentamiento de marea podría ofrecer nuevos métodos para la detección de exolunas:

“Primero, tenemos el método del eclipse secundario, que es cuando un planeta y su luna se mueven detrás de una estrella, lo que resulta en una caída en el flujo estelar observado. Si la luna se calienta significativamente, esta caída secundaria será más profunda de lo que se espera del planeta solo. En segundo lugar, una luna calentada probablemente expulsará volátiles como el sodio y el potasio a través del vulcanismo al igual que el caso de Io. La detección de firmas de sodio y potasio en las atmósferas de los exoplanetas puede ser una pista para el origen de la exoluna”.

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En los próximos años, los telescopios de próxima generación como el James Webb (que lanzará sus primeras imágenes el 12 de julio) se basarán en su combinación de óptica avanzada, imágenes IR y espectrómetros para detectar firmas químicas de atmósferas de exoplanetas. Otros instrumentos como el Extremely Large Telescope (ELT) de ESO se basarán en la óptica adaptativa que permitirá obtener imágenes directas de exoplanetas. ¡La capacidad de detectar firmas químicas de exolunas aumentará en gran medida su capacidad para encontrar posibles signos de vida!

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Referencia: arXiv Nota original redactada en idioma inglés por Universe Today

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