Estos exoplanetas se formaron mucho más rápido que la Tierra

El sistema TRAPPIST-1 despertó gran interés tras su descubrimiento, pero nuevos descubrimientos indican que en el escasearía el agua líquida.

La estrella TRAPPIST-1, una enana roja situada a unos 39 años luz del Sol, despertó el interés de profesionales y amateurs cuando se descubrió el sistema planetario que la acompañaba. Entre 2016 y 2017 se detectaron siete planetas pequeños y rocosos orbitando alrededor de esta estrella. Estos planetas tienen tamaños que van desde un radio similar al marciano hasta ligeramente superior al de la Tierra. Además, orbitan muy cerca de TRAPPIST-1, cabiendo la órbita de los 7 planetas dentro de la de Mercurio y siendo más parecida a las de las lunas principales de Júpiter que a las de los planetas del sistema solar. Este sistema planetario se encuentra entre los más compactos descubiertos.

TRAPPIST-1 brilla con un color rojizo, aunque emite la mayor parte de su energía en el infrarrojo. Además tiene un tamaño apenas superior al de Júpiter, pero una masa unas 90 veces la del gigante gaseoso. Sin embargo, la combinación del pequeño tamaño estelar con lo compacto del sistema permite que varios de sus planetas estén dentro de la zona de habitabilidad  de la estrella. Esta zona de habitabilidad es la región en la que un planeta podría albergar agua líquida en su superficie. Es decir, empieza más allá de la zona donde haría demasiado calor y toda el agua se evaporaría en poco tiempo y termina donde las temperaturas serían tan bajas que toda el agua del planeta se congelaría. Por supuesto, la presencia o no de agua líquida en la superficie de cada planeta dependerá también de muchos otros factores, como de la presencia y grosor de su atmósfera o de la propia cantidad de agua que cayera al planeta durante su formación.

Entre 3 y 4 planetas del sistema de TRAPPIST-1 podrían estar dentro de esta zona de habitabilidad, concretamente los planetas d, e, f y g (es decir, del tercer al sexto planetas). Todo esto, como comprenderás, enseguida suscitó un gran interés por el sistema, que ha sido estudiado en detalle desde su descubrimiento. Este sistema es en la actualidad el que más planetas diferentes acumula en la zona de habitabilidad de la estrella, por lo que sería un excelente sujeto de estudio en nuestra búsqueda de vida extraterrestre y extrasolar. Con el tiempo diferentes descubrimientos han ido complicando cada vez más la presencia de agua líquida  en estos planetas potencialmente habitables.

NASA/JPL-Caltech | Representación artística de los planetas del sistema TRAPPIST-1
NASA/JPL-Caltech | Representación artística de los planetas del sistema TRAPPIST-1

El primer golpe vino al darnos cuenta de que estas órbitas tan compactas implicaban con total seguridad que los 7 planetas tendrían su rotación sincronizada con su traslación, mediante el acoplamiento de marea. Este fenómeno, que también lo sufre nuestra Luna con respecto a la Tierra, hace generalmente que una mitad del planeta apunte siempre hacia la estrella, viviendo un día constante, mientras que la otra mitad apunte en dirección contraria, en una noche perpetua. Esto implicaría que, aún estando a una distancia en principio apropiada, la parte diurna del planeta recibiría demasiado calor, evaporando cualquier agua que permaneciera en ella mucho tiempo y la parte nocturna estaría demasiado fría, congelando el agua a su vez. La única esperanza de encontrar agua líquida en estos planetas se situaría entonces en una fina franja en la frontera entre el día y la noche. Otra alternativa sería que una atmósfera suficientemente densa redirigiera el calor con fuertes corrientes de aire entre hemisferios, permitiendo ampliar esta banda de temperaturas intermedias.

Un estudio reciente, publicado en Nature Astronomy en noviembre de 2021, nos habla de un nuevo impedimento para la presencia de agua líquida en estos planetas. Los 7 planetas del sistema TRAPPIST-1 se encuentran en órbitas que presentan resonancias muy marcadas, estando cada uno de los siete planetas en resonancia entre sí. Es decir, por cada 8 órbitas que completa el primero de estos planetas, el segundo completa exactamente 5, el tercero exactamente 3, el cuarto exactamente 2, etc. Esto ocurre por la cercanía entre las órbitas de los planetas. En su punto más próximo, los planetas b y c llegan a estar a poco más de 600000 km de distancia, menos del doble de la separación entre la Tierra y la Luna. Por tanto, desde cualquiera de estos planetas, sus compañeros se verían relativamente grandes en el cielo, siendo los más cercanos incluso más grandes que la Luna desde la superficie terrestre.

Estas órbitas tan próximas implicarán que el sistema será muy inestable frente a perturbaciones en las órbitas de sus planetas. Si por algún motivo, como un gran impacto con un meteorito, uno de los planetas se sale de su órbita, acabará chocando contra otro de los planetas o saliendo despedido del sistema. Esto ha permitido a Raymond y su equipo poner un límite a la cantidad de material con el que interactuaron los planetas desde su formación, situándolo en menos de un 5% de la masa de la Tierra. Esta pequeña cantidad de material implica también que los planetas de TRAPPIST-1 debieron formarse muy rápidamente, en tan solo unos pocos millones de años, como mínimo 10 veces más rápido de lo que se formaron los planetas rocosos de nuestro sistema solar.

Las implicaciones que tiene este escenario para la presencia de agua son bastante claras, según el artículo. Por un lado, si los planetas se formaron cerca de la distancia actual a su estrella, acumularon poca agua durante su formación. Además, el bombardeo que ha tenido lugar desde entonces, que fue muy limitado como han mostrado, tampoco pudo añadir grandes cantidades de agua a ninguno de los planetas. Sus estimaciones más optimistas indican que los planetas más exteriores (g y h) son los únicos que habrían recibido una cantidad considerable de agua durante su formación, llegando a ser esta de como máximo unas 7 veces la cantidad de agua presente en los océanos terrestres.

Esta cantidad puede parecer grande, pero cabe recordar que calculamos que en nuestro sistema solar se calcula que podría haber unas 25 veces más agua líquida de la que hay en la Tierra, todo ello sin contar la mucho más grande cantidad de hielo de agua. Por otro lado, debido al acoplamiento de marea que sufren estos planetas, se estima que sólo habría sobrevivido un pequeño porcentaje del agua presente durante la formación planetaria, dando como resultado un sistema planetario con mucha menos agua de la que nuestras esperanzas de encontrar vida desearían.

 

REFERENCIAS:

S.N. Raymond et al, 2021, An upper limit on late accretion and water delivery in the TRAPPIST-1 exoplanet system, Nature Astronomy 6, https://doi.org/10.1038/s41550-021-01518-6
José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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