La habitabilidad de las estrellas GV de los sistemas de estrellas GV define la idoneidad para la vida de los exoplanetas que pertenecen a estrellas enanas amarillas . Estos sistemas son objeto de estudio entre la comunidad científica porque se consideran los más adecuados para albergar organismos vivos , junto con los pertenecientes a estrellas de tipo K. [1]
Las enanas amarillas comprenden las estrellas de tipo G de la secuencia principal , con masas entre 0,9 y 1,1 M☉ y temperaturas superficiales entre 5000 y 6000 K , como el Sol. [2] [3] Son los terceros más comunes en la Vía Láctea y los únicos en los que la zona habitable coincide completamente con la zona habitable ultravioleta. [2] [4]
Dado que la zona habitable está más alejada en estrellas más masivas y luminosas, la separación entre la estrella principal y el borde interior de esta región es mayor en las enanas amarillas que en las rojas y naranjas . [5] Por tanto, los planetas situados en esta zona de estrellas de tipo G están a salvo de las intensas emisiones estelares que se producen tras su formación y no se ven tan afectados por la influencia gravitacional de su estrella como los pertenecientes a cuerpos estelares más pequeños. [6] [7] Por lo tanto, todos los planetas en la zona habitable de tales estrellas exceden el límite de bloqueo de marea y, por lo tanto, su rotación no está sincronizada con su órbita . [7]
La Tierra , que orbita alrededor de una enana amarilla, representa el único ejemplo conocido de habitabilidad planetaria. Por este motivo, el principal objetivo en el campo de la exoplanetología es encontrar un planeta análogo a la Tierra que cumpla con sus principales características, como tamaño, temperatura media y ubicación alrededor de una estrella similar al Sol. [8] [9] Sin embargo, las limitaciones tecnológicas dificultan la búsqueda de estos objetos debido a la infrecuencia de sus tránsitos , consecuencia de la distancia que los separa de sus estrellas o semieje mayor . [10]
Las estrellas enanas amarillas corresponden a las estrellas de clase G de la secuencia principal , con una masa entre 0,9 y 1,1 M☉ , [2] y temperaturas superficiales entre 5000 y 6000 K. [3] Dado que el Sol en sí es una enana amarilla, de tipo G2V, [11] este tipo de estrellas también se conocen como análogas solares . [12] [13] Ocupan el tercer lugar entre las estrellas de secuencia principal más comunes, después de las enanas rojas y naranjas , con una representatividad del 10% del total de la Vía Láctea . [2] Permanecen en la secuencia principal durante aproximadamente 10 mil millones de años. Después del Sol, la estrella de tipo G más cercana a la Tierra es Alfa Centauri A , a 4,4 años luz y perteneciente a un sistema estelar múltiple. [2] [14]
Todas las estrellas pasan por una fase de intensa actividad tras su formación debido a su rotación , que es mucho más rápida al inicio de su vida. [6] La duración de este período varía según la masa del objeto: las estrellas menos masivas pueden permanecer en este estado hasta 3 mil millones de años, frente a los 500 millones de las estrellas de tipo G. [15] [16] Estudios realizados por el equipo de Edward Guinan , astrofísico de la Universidad de Villanova , revelan que el Sol giraba diez veces más rápido en sus primeros días. Dado que la velocidad de rotación de una estrella afecta su campo magnético , las emisiones de rayos X y UV del Sol eran cientos de veces más intensas que las actuales. [6]
La extensión de esta fase en las enanas rojas, así como el probable bloqueo de mareas [17] de sus planetas potencialmente habitables respecto a ellas, podría borrar el campo magnético de estos planetas, provocando la pérdida de casi toda su atmósfera y agua. al espacio por interacción con el viento estelar . [6] Por el contrario, el semieje mayor de los objetos planetarios que pertenecen a la zona habitable de las estrellas de tipo G es lo suficientemente ancho como para permitir la rotación planetaria. [7] [18] Además, la duración del período de intensa actividad estelar es demasiado corta para eliminar una parte importante de la atmósfera en planetas con masas similares o superiores a la de la Tierra, que tienen una gravedad y una magnetosfera capaces de de contrarrestar los efectos de los vientos estelares. [dieciséis]
La zona habitable alrededor de las enanas amarillas varía según su tamaño y luminosidad, aunque el límite interior suele estar en 0,84 AU y el exterior en 1,67 en una enana de clase G2V como el Sol. [19] En una enana clase G5V -más pequeña- de 0,95 R☉ la zona habitable correspondería a la región situada entre 0,8 y 1,58 UA respecto de la estrella, mientras que en una tipo G0V —más grande— se situaría a una distancia de entre 1 y 2 UA del cuerpo estelar. [20] En órbitas más pequeñas que el límite interior de la zona habitable, se desencadenaría un proceso de evaporación de agua, separación de hidrógeno por fotólisis y pérdida de hidrógeno al espacio por escape hidrodinámico . [21] Más allá del límite exterior de la zona habitable, las temperaturas serían lo suficientemente bajas como para permitir la condensación de CO 2 , lo que conduciría a un aumento del albedo y una reducción por retroalimentación del efecto invernadero hasta que se produjera una glaciación global permanente. [22]
El tamaño de la zona habitable es directamente proporcional a la masa y luminosidad de su estrella, por lo que cuanto más grande sea la estrella, mayor será la zona habitable y más alejada de su superficie. [5] Las enanas rojas, las más pequeñas de la secuencia principal, tienen una zona habitable muy pequeña cerca de ellas, lo que somete a cualquier planeta potencialmente habitable del sistema a los efectos de su estrella, incluido el probable bloqueo de mareas . [23] Incluso en una pequeña enana amarilla como Tau Ceti , de tipo G8.5V, el límite de bloqueo está en 0,4237 AU frente a las 0,522 AU que marca el límite interior de la zona habitable, por lo que cualquier objeto planetario que orbite una estrella de clase G en esta región excederá con creces el límite de bloqueo y tendrá ciclos día-noche como la Tierra. [24]
En las enanas amarillas, esta región coincide completamente con la zona de habitabilidad ultravioleta. [4] Esta área está determinada por un límite interno más allá del cual la exposición a la radiación ultravioleta sería demasiado alta para el ADN y por un límite externo que proporciona los niveles mínimos para que los seres vivos lleven a cabo sus procesos biogénicos. [25] En el sistema solar , esta región se sitúa entre 0,71 y 1,9 UA con respecto al Sol, frente a las 0,84-1,67 UA que marcan los extremos de la zona habitable. [4] [19]
Dada la longitud de la secuencia principal en las estrellas de tipo G, [26] los niveles de radiación ultravioleta en su zona habitable , [4] el semieje mayor del límite interior de esta región [19] y la distancia a su zona de marea límite de bloqueo , [27] entre otros factores, las enanas amarillas se consideran las más hospitalarias para la vida junto a las estrellas de tipo K. [1]
Uno de los objetivos de la investigación exoplanetaria es encontrar un objeto que tenga las principales características de nuestro planeta, como radio , masa , temperatura , composición atmosférica y que pertenezca a una estrella similar al Sol. [9] [28] En teoría, estos análogos de la Tierra deberían tener condiciones de habitabilidad comparables que permitirían la proliferación de vida extraterrestre . [9] [29]
Teniendo en cuenta los graves problemas de habitabilidad planetaria que presentan los sistemas enanas rojas y los cuerpos estelares de tipo F o superior, las únicas estrellas que podrían ofrecer un escenario soportable para la vida serían las de tipo K y G. [1] Las análogas solares solían ser considerados como los candidatos más probables para albergar un sistema planetario similar al solar, y como los mejor posicionados para sustentar formas de vida basadas en carbono y océanos de agua líquida . [30] Estudios posteriores, como "Mundos Superhabitables" [31] de René Heller y John Armstrong, establecen que las enanas naranjas pueden ser más adecuadas para la vida que las enanas de tipo G, y albergan hipotéticos planetas superhabitables . [4] [32]
Sin embargo, las enanas amarillas siguen siendo el único tipo de estrella del que existen pruebas de su idoneidad para la vida. Además, mientras que en otros tipos de estrellas la zona habitable no coincide completamente con la zona habitable ultravioleta, en las estrellas de clase G la zona habitable se encuentra completamente dentro de los límites de esta última. [4] Finalmente, las enanas amarillas tienen una fase inicial de intensa actividad estelar mucho más corta que las estrellas de tipo K, lo que permite a los planetas pertenecientes a análogos solares preservar sus atmósferas primordiales más fácilmente y mantenerlas durante gran parte de la secuencia principal . [dieciséis]
La mayoría de los exoplanetas descubiertos han sido detectados por el telescopio espacial Kepler , que utiliza el método de tránsito para encontrar planetas alrededor de otros sistemas. [33] [34] Este procedimiento analiza el brillo de las estrellas para detectar caídas que indican el paso de un objeto planetario frente a ellas desde la perspectiva del observatorio. [35] Es el método que más éxito ha tenido en la investigación exoplanetaria , junto con el método de la velocidad radial , [36] que consiste en analizar las vibraciones provocadas en las estrellas por los efectos gravitacionales de los planetas que las orbitan. [37] El uso de estos procedimientos con las limitaciones de los telescopios actuales dificulta encontrar objetos con órbitas similares a las de la Tierra o superiores, lo que genera un sesgo a favor de planetas con un semieje mayor corto . [28] Como consecuencia, la mayoría de los exoplanetas detectados son excesivamente calientes [37] o pertenecen a estrellas de baja masa, cuya zona habitable está cerca de ellas y cualquier objeto que orbite en esta región tendrá un año significativamente más corto que la Tierra. . [10]
Los cuerpos planetarios pertenecientes a la zona habitable de las enanas amarillas, como Kepler-22b , Kepler-452b o la Tierra , tardan cientos de días en completar una órbita alrededor de su estrella. [38] La mayor luminosidad de estas estrellas, la escasez de tránsitos y el semieje mayor de sus planetas situados en la zona habitable reducen las probabilidades de detectar esta clase de objetos y aumentan considerablemente el número de falsos positivos , como en los casos de KOI-5123.01 y KOI-5927.01. [39] [40] Los observatorios terrestres y orbitales proyectados para los próximos diez años pueden aumentar los descubrimientos de análogos de la Tierra en sistemas de enanas amarillas. [41] [42] [43] [44]
Kepler-452b se encuentra a 1.400 años luz de la Tierra, en la constelación de Cygnus . [45] Su radio de aproximadamente 1,6 R ⊕ [46] lo sitúa justo en el límite que separa los planetas telúricos de los mini-Neptunos establecido por el equipo de Courtney Dressing, investigadora del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA). [47] Si la densidad del planeta es similar a la de la Tierra, su masa será de aproximadamente 5 M ⊕ y su gravedad será el doble. [46] Una enana amarilla de tipo G2V como el Sol pertenece a Kepler-452, con una edad estimada de 6 mil millones de años (6 Ga ) frente a los 4,5 Ga del sistema solar . [46]
La masa de su estrella es ligeramente superior a la del Sol, 1,04 M ☉ , por lo que a pesar de que completa una órbita a su alrededor cada 385 días frente a los 365 días terrestres, es más cálida que la Tierra. Si tiene un albedo y una composición atmosférica similares, la temperatura media de la superficie rondará los 29 °C . [48]
Según Jon Jenkins del Centro de Investigación Ames de la NASA , no se sabe si Kepler-452b es un planeta terrestre , un mundo oceánico o un mini-Neptuno . [45] Si se trata de un objeto telúrico similar a la Tierra, es probable que tenga una mayor concentración de nubes, una intensa actividad volcánica y esté a punto de sufrir un efecto invernadero descontrolado similar al de Venus debido al constante aumento de la luminosidad. de su estrella, después de haber permanecido durante toda la secuencia principal en su zona habitable. [49] Doug Caldwell, científico del Instituto SETI y miembro de la misión Kepler, estima que Kepler-452b puede estar atravesando el mismo proceso que experimentará la Tierra dentro de mil millones de años. [50]
Tau Ceti e orbita una estrella de tipo G8,5V en la constelación de Cetus , a 12 años luz de la Tierra. [48] Tiene un radio de 1,59 R ⊕ y una masa de 4,29 M ⊕ , por lo que, al igual que Kepler-452b, se encuentra en el límite de separación entre los planetas terrestres y gaseosos . Con un período orbital de sólo 168 días, su temperatura, suponiendo una composición atmosférica y un albedo similares a los de la Tierra, sería de unos 50 °C. [48]
El planeta está situado justo en el borde interior de la zona habitable y recibe aproximadamente un 60% más de luz que la Tierra. Su tamaño también puede implicar una mayor concentración de gases en su atmósfera, lo que lo convierte en un objeto tipo super-Venus [51] . De lo contrario, podría ser el primer termoplaneta descubierto. [52] [48]
Kepler-22b se encuentra a una distancia de 600 años luz, en la constelación de Cygnus. [48] Completa una órbita alrededor de su estrella de tipo G5V cada 290 días. [53] Su radio es 2,35 R ⊕ y su masa estimada, para una densidad similar a la de la Tierra, sería 20,36 M ⊕ . Si la atmósfera y el albedo del planeta fueran similares a los de la Tierra, su temperatura superficial rondaría los 22 °C. [54]
Fue el primer exoplaneta encontrado por el telescopio Kepler perteneciente a la zona de habitabilidad de su estrella. [55] Debido a su tamaño, considerando el límite establecido por el equipo de Courtney Dressing, su probabilidad de ser un mini-Neptuno es muy alta. [47] [48]