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Un mundo superhabitable es un tipo hipotético de planeta o luna que es más adecuado que la Tierra para el surgimiento y evolución de la vida . El concepto fue introducido en un artículo de 2014 de René Heller y John Armstrong, en el que criticaron el lenguaje utilizado en la búsqueda de exoplanetas habitables y propusieron aclaraciones. [2] Los autores argumentaron que saber si un mundo está ubicado dentro de la zona habitable de la estrella es insuficiente para determinar su habitabilidad, que el principio de mediocridad no puede explicar adecuadamente por qué la Tierra debería representar el mundo habitable arquetípico y que el modelo de caracterización predominante era de naturaleza geocéntrica o antropocéntrica . En cambio, propusieron un enfoque biocéntrico que priorizaba las características astrofísicas que afectan la abundancia y variedad de vida en la superficie de un mundo. [2]
Si un mundo posee una flora y fauna más diversa que la de la Tierra, entonces demostraría empíricamente que su entorno natural es más hospitalario para la vida. [3] Para identificar un mundo así, uno debe considerar sus procesos geológicos, edad de formación, composición atmosférica , cobertura oceánica y el tipo de estrella que orbita. En otras palabras, un mundo superhabitable probablemente sería más grande, más cálido y más antiguo que la Tierra , con un océano distribuido uniformemente y orbitando una estrella de secuencia principal de tipo K. [4] En 2020, los astrónomos, basándose en la hipótesis de Heller y Armstrong, identificaron 24 exoplanetas potencialmente superhabitables basándose en características medidas que se ajustan a estos criterios. [5]
Las características de una estrella son una consideración clave para la habitabilidad planetaria . [6] Los tipos de estrellas generalmente considerados como anfitriones potenciales para mundos habitables incluyen estrellas de secuencia principal de tipo F, G, K y M. [7] Las estrellas más masivas ( tipo O , B y A , respectivamente) tienen una vida media en la secuencia principal que se considera demasiado corta para que se desarrolle vida compleja, [8] que va desde unos pocos cientos de millones de años para las estrellas de tipo A hasta solo unos pocos millones de años para las estrellas de tipo O. [9] Por lo tanto, las estrellas de tipo F se describen como el "límite caliente" para las estrellas que potencialmente pueden albergar vida, ya que su vida útil de 2 a 4 mil millones de años sería suficiente para la habitabilidad. [10] Sin embargo, las estrellas de tipo F emiten grandes cantidades de radiación ultravioleta y, sin la presencia de una capa de ozono protectora, podrían alterar la vida basada en ácidos nucleicos en la superficie de un planeta. [10]
En el extremo opuesto, las enanas rojas menos masivas , que generalmente incluyen estrellas de tipo M, son de lejos las estrellas más comunes y de mayor duración en el universo, [11] pero la investigación en curso apunta a serios desafíos para su capacidad de sustentar vida . Debido a la baja luminosidad de las enanas rojas, la zona habitable circunestelar (HZ) [a] está muy cerca de la estrella, lo que hace que cualquier planeta quede bloqueado por mareas . [14] Sin embargo, la principal preocupación para los investigadores es la propensión de la estrella a brotes frecuentes de radiación de alta energía , especialmente al principio de su vida, que podrían despojar a un planeta de su atmósfera . [15] Al mismo tiempo, las enanas rojas no emiten suficiente radiación UV quiescente (es decir, radiación UV emitida durante períodos inactivos ) para sustentar procesos biológicos como la fotosíntesis. [3]
Descartando ambos extremos, las estrellas de tipo G y K (enanas amarillas y naranjas, respectivamente) han sido objetos primarios de interés para los astrónomos porque se considera que proporcionan las mejores características para el sustento de la vida. Sin embargo, Heller y Armstrong argumentan que un factor limitante para la habitabilidad de las enanas amarillas es sus mayores emisiones de radiación UV quieta en comparación con las enanas naranjas más frías. [16] Por esta razón, junto con la vida útil más corta de las enanas amarillas, los autores se ven llevados a concluir que las enanas naranjas ofrecen las mejores condiciones para un mundo superhabitable. [3] También apodadas "estrellas Ricitos de Oro", las enanas naranjas emiten niveles suficientemente bajos de radiación ultravioleta para eliminar la necesidad de una capa protectora de ozono , pero lo suficiente para contribuir a los procesos biológicos necesarios. [17] [3] Además, la larga vida media de una enana naranja (18 a 34 mil millones de años, en comparación con los 10 mil millones del Sol) proporciona zonas habitables estables que no se mueven mucho a lo largo de la vida de la estrella. [18] [19]
La edad de un mundo superhabitable debería ser mayor que la edad de la Tierra (~4.500 millones de años). [18] Esto se basa en la creencia de que a medida que un planeta envejece, experimenta niveles crecientes de biodiversidad, ya que las especies nativas han tenido más tiempo para evolucionar, adaptarse y estabilizar las condiciones ambientales adecuadas para la vida. [18] En cuanto a la edad máxima, las investigaciones apuntan a que los planetas rocosos existieron hace ya 12.000 millones de años. [20]
Inicialmente se creía que, dado que las estrellas más antiguas contenían pocos o ningún elemento pesado (es decir, metalicidad ), eran incapaces de formar planetas rocosos. [20] Los primeros descubrimientos de exoplanetas respaldaron esta hipótesis, ya que en su mayoría eran gigantes gaseosos que orbitaban en estrecha proximidad a estrellas con una abundancia de metales pesados. Sin embargo, en 2012, el telescopio espacial Kepler desafió esta suposición cuando descubrió muchos exoplanetas rocosos que orbitaban estrellas con una metalicidad relativamente baja. [20] Estos hallazgos sugirieron que los primeros planetas del tamaño de la Tierra probablemente aparecieron mucho antes en la vida del universo, hace unos 12 mil millones de años. [20]
Durante la fase de secuencia principal, una estrella quema hidrógeno en su núcleo, produciendo energía a través de la fusión nuclear. Con el tiempo, a medida que se consume el combustible de hidrógeno, el núcleo de la estrella se contrae y se calienta, lo que lleva a un aumento en la tasa de fusión. Esto hace que la estrella se vuelva gradualmente más luminosa y, a medida que aumenta su luminosidad, la cantidad de energía que emite crece, empujando la zona habitable (HZ) hacia afuera. [23] [24] Debido a que la luminosidad de una estrella de secuencia principal aumenta gradualmente a lo largo de su vida, su HZ no es estática sino que se mueve lentamente hacia afuera. Esto significa que cualquier planeta experimentará un tiempo limitado dentro de la HZ, conocido como su "vida útil en la zona habitable". [23] Los estudios sugieren que la órbita de la Tierra se encuentra cerca del borde interior de la HZ del Sistema Solar , [14] lo que podría dañar su habitabilidad a largo plazo a medida que se acerca al final de su vida útil en la HZ.
Idealmente, la órbita de un mundo superhabitable debería estar más alejada y más cerca del centro de la HZ en relación con la órbita de la Tierra, [25] [26] pero saber si un mundo está en esta región no es suficiente por sí solo para determinar la habitabilidad. [3] No todos los planetas rocosos en la HZ pueden ser habitables, mientras que el calentamiento de las mareas puede hacer que los planetas o lunas sean habitables más allá de esta región. Por ejemplo, la luna Europa de Júpiter está mucho más allá de los límites exteriores de la HZ del Sistema Solar, pero como resultado de sus interacciones orbitales con las otras lunas galileanas , se cree que tiene un océano subterráneo de agua líquida debajo de su superficie helada. [27]
No existe consenso sobre la tasa de rotación óptima para la habitabilidad, pero la rotación de un planeta puede afectar la presencia de tectónica de placas geológicamente activa y la generación de un campo magnético global. [28] [29]
Según un artículo de 2023 de Jonathan Jernigan y sus colegas, la actividad biológica marina aumenta en los planetas con una oblicuidad y una excentricidad crecientes. Los autores sugieren que los planetas con una oblicuidad y/o excentricidad elevadas pueden ser superhabitables y que los científicos deberían estar interesados en buscar biofirmas en exoplanetas con estas características orbitales. [30]
Suponiendo que una mayor superficie proporcionaría una mayor biodiversidad, el tamaño de un mundo superhabitable debería ser generalmente mayor que 1 R 🜨 , con la condición de que su masa no sea arbitrariamente grande. [31] Los estudios de la relación masa-radio indican que hay un punto de transición entre planetas rocosos y planetas gaseosos (es decir, mini-Neptunos ) que ocurre alrededor de 2 M 🜨 o 1,7 R 🜨 . [32] [33] Otro estudio sostiene que hay un límite de radio natural, establecido en 1,6 R 🜨 , por debajo del cual casi todos los planetas son terrestres , compuestos principalmente de mezclas de roca-hierro-agua. [34]
Heller y Armstrong sostienen que la masa y el radio óptimos de un mundo superhabitable pueden determinarse por la actividad geológica; cuanto más masivo sea un cuerpo planetario, más tiempo generará continuamente calor interno , un factor importante que contribuye a la tectónica de placas. [31] Sin embargo, demasiada masa puede ralentizar la tectónica de placas al aumentar la presión del manto. [31] Se cree que la tectónica de placas alcanza su punto máximo en cuerpos entre 1 y 5 M 🜨 , y desde esta perspectiva, un planeta puede considerarse superhabitable hasta alrededor de 2 M 🜨 . [35] Suponiendo que este planeta tiene una densidad similar a la de la Tierra, su radio debería estar entre 1,2 y 1,3 R 🜨 . [35] [31]
Un proceso geológico importante es la tectónica de placas , que parece ser común en planetas terrestres con una velocidad de rotación significativa y una fuente de calor interna . [36] Si hay grandes masas de agua presentes en un planeta, la tectónica de placas puede mantener altos niveles de dióxido de carbono ( CO
2) en su atmósfera y aumentar la temperatura superficial global a través del efecto invernadero . [37] Sin embargo, si la actividad tectónica no es lo suficientemente significativa como para aumentar las temperaturas por encima del punto de congelación del agua , el planeta podría experimentar una edad de hielo permanente , a menos que el proceso se compense con otra fuente de energía como el calentamiento de las mareas o la irradiación estelar . [38] Por otro lado, si los efectos de cualquiera de estos procesos son demasiado fuertes, la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera podría causar un efecto invernadero descontrolado al atrapar el calor y evitar un enfriamiento adecuado.
La presencia de un campo magnético es importante para la supervivencia a largo plazo de la vida en la superficie de un planeta o luna. [22] Un campo magnético suficientemente fuerte protege eficazmente la superficie y la atmósfera de un mundo contra la radiación ionizante que emana del medio interestelar y su estrella anfitriona. [22] [39] Un planeta puede generar un campo magnético intrínseco a través de un dinamo que involucra una fuente de calor interna, un fluido eléctricamente conductor como el hierro fundido y una velocidad de rotación significativa , mientras que una luna podría estar protegida extrínsecamente por el campo magnético de su planeta anfitrión. [22] Es probable que los cuerpos menos masivos y los que están bloqueados por las mareas tengan un campo magnético débil o inexistente, lo que con el tiempo puede resultar en la pérdida de una parte significativa de su atmósfera por escape hidrodinámico y convertirse en un planeta desértico . [31] Si la rotación de un planeta es demasiado lenta, como con Venus, entonces no puede generar un campo magnético similar al de la Tierra . Un planeta más masivo podría superar este problema al albergar múltiples lunas , que a través de sus efectos gravitacionales combinados, pueden aumentar el campo magnético del planeta. [40]
La apariencia de un mundo superhabitable debería ser similar a las condiciones que se encuentran en los climas tropicales de la Tierra. [41] Debido a la atmósfera más densa y a la menor variación de temperatura en su superficie, un mundo así carecería de grandes capas de hielo y tendría una mayor concentración de nubes, mientras que la vida vegetal potencialmente cubriría más de la superficie del planeta y sería visible desde el espacio. [41]
Al considerar las diferencias en la longitud de onda máxima de la luz visible para las estrellas de tipo K y el flujo estelar más bajo del planeta, la vegetación de la superficie puede exhibir colores diferentes al color verde típico que se encuentra en la Tierra. [42] [43] En cambio, la vegetación en estos mundos podría tener una apariencia roja, naranja o incluso púrpura. [44]
Un océano que cubra una gran parte de la superficie de un mundo con continentes fraccionados y archipiélagos podría proporcionar un entorno estable en toda su superficie. [45] Además, la mayor gravedad superficial de un mundo superhabitable podría reducir la profundidad media del océano y crear cuencas oceánicas poco profundas , proporcionando el entorno óptimo para que la vida marina prospere. [46] [47] [48] Por ejemplo, se observa que los ecosistemas marinos que se encuentran en las zonas poco profundas de los océanos y mares de la Tierra, dada la cantidad de luz y calor que reciben, tienen una mayor biodiversidad y, en general, se consideran más cómodos para las especies acuáticas. Esto ha llevado a los investigadores a especular que los entornos de aguas poco profundas en los exoplanetas deberían ser igualmente adecuados para la vida. [45] [49]
En general, el clima de un planeta superhabitable sería cálido, húmedo y homogéneo, permitiendo que la vida se extendiera por la superficie sin presentar grandes diferencias poblacionales. [50] [51] Estas características contrastan con las que se encuentran en la Tierra, que tiene regiones más variables e inhóspitas que incluyen tundra gélida y desiertos secos . [52] Los desiertos en planetas superhabitables serían más limitados en área y probablemente soportarían ambientes costeros ricos en hábitats. [53]
La temperatura superficial óptima para la vida similar a la de la Tierra es desconocida, aunque parece que en la Tierra, la diversidad de organismos ha sido mayor en los períodos más cálidos. [54] Por lo tanto, es posible que los exoplanetas con temperaturas promedio ligeramente más altas que la de la Tierra sean más adecuados para la vida. [55] La atmósfera más densa de un planeta superhabitable proporcionaría naturalmente una temperatura promedio mayor y una menor variabilidad del clima global. [28] [48] Idealmente, la temperatura debería alcanzar los niveles óptimos para la vida vegetal, que es de 25 °C (77 °F). Además, un gran océano distribuido tendría la capacidad de regular la temperatura superficial de un planeta de manera similar a las corrientes oceánicas de la Tierra , y podría permitirle mantener una temperatura moderada dentro de la zona habitable. [56] [53]
No existen argumentos sólidos para explicar si la atmósfera de la Tierra tiene la composición óptima, [16] pero se requieren niveles relativos de oxígeno atmosférico para satisfacer las demandas de alta energía de la vida compleja ( O
2). [57] Por lo tanto, se plantea la hipótesis de que la abundancia de oxígeno en la atmósfera es esencial para la vida compleja en otros mundos. [16] [57]
En septiembre de 2020, Dirk Schulze-Makuch y sus colegas identificaron 24 candidatos a planetas superhabitables entre más de 4000 exoplanetas confirmados y candidatos a exoplanetas. [5] Los criterios incluyeron factores mensurables como el tipo de estrella y la edad, masa, radio y temperatura superficial del planeta. Los autores también consideraron factores más hipotéticos como la presencia de agua abundante, una luna grande y un mecanismo de reciclaje geológico como la tectónica de placas. [58]
Kepler-1126b (KOI-2162.01) y Kepler-69c (KOI-172.02) son los únicos objetos de la lista que han sido confirmados como exoplanetas. [59] Sin embargo, investigaciones anteriores sobre Kepler-69c sugieren que debido a que su órbita se encuentra cerca del borde interior de la HZ, su atmósfera podría estar en un estado de invernadero descontrolado, lo que podría afectar gravemente sus perspectivas de habitabilidad. [60] La lista completa se puede encontrar a continuación. [61]
