Una historia de estrellas gigantes y mundos helados

En la historia de las estrellas, lo mejor se queda para el final. Miles de millones de años de vida que dan lugar a un final apoteósico que no deja indiferente a nadie. Es como el pitido final de un intenso partido de fútbol o la última frase de una buena novela: a lo largo del recorrido se genera una tensión que se libera en un instante, cuando llega el final.

Y es que cuando las estrellas llegan a la vejez, el hidrógeno, su combustible principal, se empieza a agotar en el interior. La estrella, en su afán por seguir generando luz y calor comienza a fusionar helio, el elemento que la estrella ha ido generando a partir del hidrógeno. Esto provoca visibles cambios en la estrella porque al fusionar el helio la estrella no solo sigue brillando y ofreciendo luz, sino que además lo hace de una forma más violenta debido a que la reacción de fusión del helio es más energética que la del hidrógeno. A consecuencia de ello la estrella se hincha sobremanera aumentando su tamaño cientos de veces.

Les cuento esto porque dentro de unos 7.500 millones de años será el Sol el que inicie esa etapa en la que comenzará a quemar helio en lugar de hidrógeno. Cuando esto suceda, nuestra estrella aumentará de tamaño unas 200 veces y los planetas Mercurio y Venus serán alcanzados por la superficie del Sol, mientras que la Tierra se transformará en un sofocante desierto. Y ahora les comento la parte positiva, no se me asusten, porque no todo van a ser noticias catastróficas ya que existen dos factores fundamentales que invitan al optimismo:

1) Cuando una estrella se convierte en gigante roja puede permanecer en ese estado durante varios miles de millones de años.
2) Dado que la estrella aumenta de tamaño, los planetas y satélites más alejados aumentarán la temperatura superficial.

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Cuando el Sol se expanda para convertirse en una estrella gigante roja, engullirá las actuales órbitas de Mercurio, Venus y la Tierra. Creditos: Cornell University (ampliar imagen).

Teniendo en cuenta estos dos factores, ¿se podrían alcanzar condiciones de habitabilidad en cuerpos alejados de la estrella donde antes reinaba un frío aterrador? Un nuevo estudio ha calculado las posibilidades y los resultados han sido publicados en un artículo que lleva por título “Habitable Zones of Post-Main sequence stars” (R. Ramirez & L. Kaltenegger, 2016, ApJ 823 1). Para llegar a las mismas conclusiones a las que han llegado los investigadores Lisa Kaltenegger, directora del Carl Sagan Institute y Ramses Ramirez, investigador asociado a ese mismo Instituto, comencemos por el principio.

Como saben, la vida tal y como la conocemos en nuestro planeta tiene en común que está basada en el agua en estado líquido: desde el ser humano hasta la bacteria más insignificante no existirían sin el agua líquida. Por otro lado, alrededor de las estrellas existe una zona donde el agua podría mantenerse líquida en superficie. Se llama zona de habitabilidad y es donde la Tierra está orbitando al Sol, aunque cabe destacar que ciertos planetas de la zona de habitabilidad no tienen porqué albergar agua líquida necesariamente y, por supuesto, no tiene porqué haber vida.

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Comparación de la zona de habitabilidad del Sol en el momento actual con la de la estrella Kepler-186 y su sistema de exoplanetas. Fuente: milesdemillones (imagen ampliada).

Venus es un buen ejemplo porque está en la zona de habitabilidad, pero la atmósfera ultradensa del planeta vecino atrapa el calor mediante un efecto invernadero que hace la vida no sea posible debido a las altísimas temperaturas, de unos 460º C de media en superficie. No obstante, sepan que buscar planetas en la zona habitable de su estrella es un buen punto de partida para encontrar vida alienígena.

Para que comprendan las conclusiones del artículo que les he citado también deben saber que la zona de habitabilidad viene determinada principalmente por la luminosidad de la estrella. Sabemos que cuando una estrella crece, su luminosidad también aumenta y, según este nuevo estudio, en el caso del Sol su luminosidad aumentará unas 4.000 veces cuando se transforme en una estrella gigante roja, por lo que las cortezas heladas de satélites exteriores del sistema solar se derretirían. Y aquí tienen un dato relevante. Cito textualmente:

“Si la vida existiera en los océanos subterráneo de lunas heladas como Europa o Encélado, durante la fase de gigante roja, cuando la zona de habitabilidad se desplace hacia el exterior, estas formas de vida quedarían expuestas, lo que nos permitiría detectar sus firmas biológicas atmosféricas”

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Bajo la corteza de hielo de Europa existe un océano líquido debido al calentamiento por marea debido a la influencia gravitatoria de Júpiter. Credit: NASA/JPL/Ted Stryk (ampliar imagen).

En otras palabras esto quiere decir que cuando el Sol se transforme en gigane roja, la zona de habitabilidad se desplazará al exterior y las nuevas temperaturas serán capaces de fundir las gruesas capas de hielo de satélites helados creando un océano global en superficie. Y si allí hubiese formas de vida, sería mucho más fácil detectar las consecuencias de su actividad biológica, esto es, sus biofirmas. Para que eso ocurra faltan todavía varios miles de millones de años. Pero, ¿y si cambiamos el radio de actuación? ¿Y si salimos fuera del sistema solar?

Las estrellas como el Sol, incluso más pequeñas, pueden consumir su combustible en la fase de gigante roja muy lentamente, hasta en un tiempo de 9.000 millones de años. Y si la vida compleja en la Tierra se ha desarrollado en menos de 4.000 millones de años, ¿por qué no podría suceder algo similar en exo-lunas de planetas extrasolares que giren alrededor de una gigante roja? De esta forma podríamos detectar sus trazas biológicas con nuestros telescopios. “Espero que esto provoque un estímulo en los cazadores de exoplanetas porque ahora también deben de buscar en estas viejas estrellas“, comenta Kaltenegger.

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Gráfico que muestra el tamaño de varias estrellas analizadas por el telescopio espacial Kepler en relación al Sol. Creditos: NASA/Kepler/Tim Bedding, University of Sydney (ampliar imagen).

Por supuesto, Kaltenegger y Ramirez determinaron con precisión dónde se ubicaría la nueva zona de habitabilidad de la estrella cuando se transforme en gigante roja, y para ello usaron modelos ya existentes que permiten calcular la luminosidad y temperatura de la estrella y, por lo tanto, la ubicación de la zona de habitabilidad. Pero Kaltenegger y Ramírez también sabían que existía una variable en todo este cálculo que podría tirar por tierra todo su trabajo: ¿y si la estrella al expandirse arrastra las atmósferas de los planetas y lunas?

Se sabe que las estrellas cuando se transforman en gigantes rojas pierden masa que se libera en forma de viento estelar y, según los cálculos realizados en este estudio, algunos planetas perderán sus atmósferas durante la evolución, concretamente aquellos con baja gravedad que estén situados más próximos a su estrella. Sin embargo, los planetas con suficiente masa y situados a una cierta distancia de seguridad, podrán mantener su atmósfera. “Este nuevo trabajo ha demostrado que ciertos planetas rocosos de aproximadamente el tamaño de la Tierra podrían aferrarse a sus atmósferas cuando su estrella se convierta en una gigante roja”, explica Kaltenegger.

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Las estrellas en su crecimiento para transformarse en gigantes rojas podrían desgarrar las atmósferas de algunos de sus planetas. Creditos: James Gitlin/STScI AVL (ampliar imagen).

Otra consecuencia del viento estelar que sí que nos afectará directamente, y ya les adelanto que es una buena noticia, es que la masa de la estrella se reduce y, por ello, el tirón gravitatorio sobre los planetas también se ve atenuado. Como resultado, la órbita del planeta se expandiría y se haría cada vez más externa. “Por esta razón , la Tierra escapará de ser engullida por el Sol“, afirma Kaltenegger.

La gente suele decir que cuando la Tierra sea inhabitable nos trasladaremos a Marte o a otros lugares y por primera vez se han calculado dónde están. Así que, mirando hacia un futuro lejano, podría significar que los seres humanos podrían escapar a las lunas de Júpiter y Saturno cuando la Tierra sea un lugar inhabitable. Esperemos que aún falte mucho para eso…

Referencias:
Habitable Zones of Post-Main sequence stars (Ramses M. Ramirez & Lisa Kaltenegger, 2016, Astrophysical Journal 823 1).
Dying Stars May Transform Frozen Worlds Into Havens for Life.
Red Giant Stars: Facts, Definition & the Future of the Sun.
Jupiter’s Icy Moon Europa: Best Bet for Alien Life.

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