sábado, 29 de octubre de 2016

Los primeros Sistemas Planetarios del Universo.

¿Eran los primeros sistemas planetarios del Universo muy distintos de los que actualmente conocemos? ¿Cuándo, dónde y cómo surgió el primer sistema planetario de la historia del Universo? ¿Había Vida en estos primeros planetas?

Representación artística de un "Planeta de Carbono". Oscuro y misterioso, su superficie está cubierta de negro grafito.(Fuente: Wikipedia; Crédito: Luyten)

Los modelos teóricos anuncian la aparición de las estrellas primigenias durante los primeros 100 millones de años tras el Big Bang. La primera generación de estrellas eran masivas y de corta vida, formadas con los residuos del Big Bang, y contenían pocos elementos más pesados que el helio; es decir, tenían una metalicidad muy (pero muy) reducida.

Enseguida estas estrellas de la primera generación explotaron en Supernovas enriqueciendo el medio interestelar con elementos más pesados y preparando la simiente de la que se formaría la próxima generación de estrellas, mucho menos masivas. Quizá estos elementos pesados fueron los que permitieron la formación de los primeros discos protoplanetarios y, por consiguiente, los primeros sistemas planetarios de la historia del Universo...

Se llevan bastantes años a la búsqueda de las estrellas más antiguas, y se han encontrado estrellas  de la población II dentro del Halo de la Galaxia que podrían ser realmente interesantes. Estas estrellas normalmente tienen un contenido en Fe reducido, pero pueden mostrar cierta sobreabundancia de elementos más ligeros  tales como C, N y O.

Un "Planeta de Carbono" según el CfA (Fuente: CfA; Crédito: Christine Pulliam)

En esta población se encuentran estrellas extremadamente ricas en Carbono y pobres en metales (CEMP, son sus siglas en inglés), cuyo contenido de Hierro es reducido. Los CEMP conforman un grupo heterogéneo en el que destacan los CEMP-no que son considerados especialmente antiguos porque suelen ser los que menos Fe contienen. No hay consenso sobre su origen, pero una de las principales explicaciones es que se han formado con el remanente de las supernovas de las estrellas primigenias, de población III. Estas supernovas se supone que tuvieron un nivel de energía relativamente bajo, en el que predominó el colapso de la estrella. Es decir, el núcleo de la estrella simplemente colapsó en un enorme agujero negro, con sus elementos más pesados, incluyendo el Fe; y solo las capas más externas de la estrella fueron expulsadas durante la explosión, conteniendo H, He, N, C y O.

Estas estrellas CEMP-no (población II) tenían elementos pesados y pudieron formar discos protoplanetarios, en los que un exceso de Carbono se acompañaba de cierta pobreza de Hierro y otros elementos más pesados. Los gigantes gaseosos en estos sistemas planetarios debieron ser muy escasos, porque los estudios estadísticos realizados con los más de 3.000 exoplanetas conocidos ponen de relieve que las estrellas con un bajo nivel de Hierro no suelen tenerlos.

(Quizá algún día se detecte un planeta en una estrella CEMP-no…)

Se sospecha que el planeta 55 Cancri e, un planeta infernal abrasado por su estrella, pueda ser un "Planeta de Carbono". (Fuente: NASA) 

Es decir, los planetas que pudieron formarse al principio de la vida del Universo debieron ser planetas pequeños con un alto contenido en carbono. Estos "Planetas de Carbono" han sido ampliamente estudiados:

La atmósfera de un planeta de este tipo no es probable que sea similar a las de Marte o Venus, dominadas por el CO2; ni a la de la Tierra, rica en O2 y O3. Por el contrario, será más probable la presencia en la atmósfera de moléculas más pobres en O, reductoras, como CO si es un planeta cálido, o CH4 si es frío. En un planeta así el agua no sería muy estable, porque interaccionaría con el carbono descomponiéndose en CO e hidrocarburos.

El interior del planeta no debería ser muy denso, estando marcado por la carencia de Hierro y elementos pesados, que determinarían un núcleo metálico reducido o inexistente y, en principio, quizá un campo magnético débil. El interior, rico en carbono, debería incorporar diamantes colosales, de tamaño desconocido aquí en la Tierra... De hecho, podría haber toda una corteza de diamantes en el planeta.

La superficie no estaría formada por silicatos, sino por carburos (CSi) y mucho grafito. Deberían ser planetas oscuros, misteriosos, ennegrecidos por el carbón y de albedo reducido, quizá con el destello ocasional de alguna cordillera de diamantes aflorada desde las entrañas del planeta…

Se abre la posibilidad intrigante de que la cantidad de materia orgánica de estos planetas no fuera despreciable, alojando en su superficie densos mares de alquitrán.

Una burbuja emerge en el Rancho de la Brea, un lago de Alquitrán de California. ¿Emergió la Vida en estos lagos hace más de 10.000 millones de años? (Fuente: Wikipedia; Crédito: Daniel Schwen)

¿Nacieron las primeras formas de Vida del Universo en estos ecosistemas?

Nadie lo sabe, pero es una posibilidad alucinante...

Y plausible.


El Lago de la Brea es el lago natural de asfalto más grande del mundo, en Trinidad y Tobago. Mares de alquitrán más densos y con menos agua que este pudieron crear la primera Vida del Universo.
(Fuente: Wikipedia; Crédito: Martina Jackson)

2005. Kuchner y Seager analizan las características de los "Planetas de Carbono".
Excelente artículo para el que quiera profundizar un poco.

2011. La detección de Madhusudhan de una anomalía en la atmósfera del planeta WASP-12 b, que hace sospechar que el gigante gaseoso pudo formarse en un entorno rico en Carbono en relación al Oxígeno, le lleva a estudiar los planetas gigantes de carbono. Por increíble que parezca hay indicios que inducen a pensar que el propio Júpiter contiene un núcleo rico en carbono.

2012. Madhusudhan nuevamente analiza los "Planetas de Carbono". La estrella 55 Cancri es anormalmente rica en carbono respecto al oxígeno. Si el disco protoplanetario hubiera tenido la misma composición algunos de sus planetas podrían haber sido "Planetas de Carbono", especialmente 55 Cancri e, el más cercano a la estrella, que se sabe con seguridad que es rocoso.

2015. Tiago Campante analiza las estrellas más antiguas con motivo del descubrimiento de planetas orbitando en la longeva estrella Kepler-444, una estrella con una metalicidad reducida de más de 11.000 millones de años. 

2016. Natalie Mashian (CfA) abre la posibilidad de que el Universo tuviera planetas (¿y vida?) durante los primeros 1.000 millones de años. Es un artículo muy interesante y es el que más he seguido para escribir mi entrada.

2016. Sobre el origen de las estrellas CEMP-no. Una posibilidad son las Supernovas de baja energía de las estrellas de baja energía de las estrellas primordiales (población III) en las que predomina el colapso sobre la explosión. Otra posibilidad son estrellas primordiales con una rotación muy intensa, que pueden perder parte de su capas más exteriores. Son posibilidades complementarias y ambas pueden ser correctas.

2016. Es posible que el Sistema Solar tenga cuerpos relacionados con los "Planetas de Carbono". De hecho, determinadas anomalías en las abundancias de la atmósfera de Júpiter pueden entenderse mejor si se considera que en determinadas zonas del Sistema Solar hubo cierta abundancia de Carbono durante la formación de los planetas.
https://arxiv.org/abs/1610.07859

viernes, 21 de octubre de 2016

La Zona Habitable de la Galaxia.

¿Estamos solos en la Galaxia? ¿Hay otras civilizaciones? Estas son, sin duda, cuestiones que han inquietado a numerosos intelectuales a lo largo de los siglos. La enormidad de nuestra Galaxia, su inmensidad, nos lleva a pensar que no estamos solos.

Sin embargo, no deja de ser sorprendente y paradójico comprobar que no hay pruebas evidentes de la existencia de otras civilizaciones en la Vía Láctea. ¿Dónde están?, se preguntaba Enrico Fermi al formular su famosa paradoja.

Esta cuestión se ha abordado desde un punto de vista científico, aplicando a toda nuestra Galaxia lo poco que sabemos acerca de cómo surgió la vida en la Tierra, para, de esta manera, estimar qué extensión podrían tener las condiciones para la vida en toda la Galaxia.

Un ejemplo de lo que podría ser la Zona Habitable de una Galaxia.
(Fuente: Wikipedia, Crédito: NASA/JPL-Caltech)
La Zona Habitable Galáctica (ZHG) es una herramienta desarrollada dentro de esta línea de investigación, propuesta por primera vez en 2001 por Guillermo González. La ZHG se define como el área de la Galaxia que puede favorecer la aparición de la vida compleja. Se estima que puede tener una forma anular (aunque debería concentrarse sobre todo en los brazos espirales). Sin embargo, ampliaría su tamaño con la edad de la Galaxia, hasta el punto de que no falta quien considera que la ZHG actualmente debería contener la mayor parte de la Vía Láctea.

Para el cálculo de la ZHG se consideran factores diversos, como la ocurrencia de supernovas, la metalicidad del medio interestelar (como sabéis, los astrónomos utilizan el concepto de metalicidad para reflejar la abundancia de elementos más pesados que el Helio), el proceso de formación de los planetas y los tiempos necesarios para que la vida se abra camino.

El límite exterior queda definido por la mínima metalicidad necesaria para la formación de planetas, mientras el límite interior por la densidad estelar y el peligro de que el planeta pueda verse afectado por eventos de alta energía, incluyendo supernovas, que podrían arrasar las atmósferas planetarias o hacerlas inhabitables.

La M31, la Galaxia de Andrómeda, es la más grande de nuestro Grupo Local. Esta es la galaxia con la habitabilidad más estudiada, solo tras la Vía Láctea. (Fuente: Wikipedi, Crédito: Adam Evans)  
En 2004 Lineweaver et al. incorporaron los últimos datos estadísticos disponibles sobre la probabilidad de planetas en función de la metalicidad estelar, y determinaron que la ZHG de la Vía Láctea es un anillo entre 7 y 9 kiloparsecs desde el centro galáctico, con el Sistema Solar dentro de esta zona aproximadamente a 8 kiloparsecs.

Prantzos en 2007 fue muy crítico de estos planteamientos, mostrando las enormes incertidumbres que se asumían y las dificultades de realizar cálculos mínimamente precisos. En particular, puso de manifiesto que la relación observada planeta-metalicidad aplicaba solamente a los planetas gigantes. Es decir, las estrellas con alta metalicidad parecían mostrar tendencia a tener planetas gaseosos. Además, las migraciones que podían realizar estos gigantes podían ser más un peligro para la habitabilidad que un beneficio. De hecho, el peligro de los Hot Jupiters era tan amenazante como el de las Supernovas. Prantzos terminó sugiriendo que la ZHG bien podría contener actualmente a todo el disco galáctico.

Uno de los modelos más sofisticados de ZHG de la Vía Láctea es el de Gowanlock et al. de 2011, que sustituyó las estimaciones anteriores más o menos finas por modelos de ordenador que implementaban simulaciones de Montecarlo analizando estrellas individualmente. El resultado era que las posibilidades de habitabilidad aumentaban conforme nos acercabamos al centro galáctico.

Duncan Forgan ha estudiado la habitabilidad de la Galaxia del Triángulo (M33), la tercera más grande del Grupo Local, tras la M31 y la propia Vía Láctea (Fuente: Wikipedia, Crédito: Francesco Antonucci)  

Duncan Forgan en 2015 aplicó modelos muy detallados de la formación del Grupo Local de Galaxias en combinación con los tratamientos de habitabilidad conocidos. Los resultados de la Vía Láctea y la Galaxia del Triángulo, en una evolución dinámica que incluía la incorporación de galaxias satélites, terminaban creando ZHGs bastante asimétricas. Se mostraba inicialmente que los planetas habitables aumentaban conforme uno se acerca al límite exterior del disco galáctico. Posteriormente, la evolución de las galaxias terminaban produciendo ZHG amplias (2-13 kiloparsecs en la Vía Láctea), tan amplias que terminaban apoyando las tesis de Prantzos.

No deja de ser interesante que otras galaxias hayan recibido estimaciones de ZHG. En particular, Suthar y McKay (2012) sugirieron que la galaxia elíptica M87 y la galaxia elíptica enana M32 podrían poseer zonas de habitabilidad relativamente amplias. Trabajos posteriores (Carigi et al., 2013) determinaron la ZHG de la Galaxia de Andrómeda (M31). Esto ha llegado al extremo con Pratika Dayal (2016) que ¡estudia la Habitabilidad del Universo en su totalidad!

La M87, la enorme Galaxia de Virgo, con un jet expulsado por su núcleo activo. Las galaxias elípticas podrían tener la zona de habitabilidad más extensa. (Fuente: Wikipedia, Crédito: NASA/HST) 

En 2016 Vukotić presentó una simulación de N-cuerpos que predecía una mayor abundancia de planetas habitables en las zonas más exteriores de la galaxia, estando el máximo entre 10 y 15 kiloparsecs, dependiendo de la edad de la galaxia.

En resumen, la diversidad de resultados no es un buen síntoma. Las reglas del juego de la relación de la aparición de planetas habitables y la metalicidad del medio interestelar y las estrellas no están claras. Se necesita además más trabajo para comprender mejor la evolución de este concepto a priori estático de la ZHG dentro de un objeto tan dinámico como una galaxia. Y es que las galaxias no tienen un comportamiento tranquilo, ni mucho menos. Su dinamismo podría terminar ubicando a un planeta habitable casi en cualquier sitio...




Para finalizar, el especialmente sugerente paper de R. DiStefano (CfA) de 2016 que analiza la habitabilidad de los cúmulos globulares. DiStefano incluso incide en la "navegabilidad" de estas regiones del espacio. En los cúmulos globulares las civilizaciones avanzadas pueden desarrollarse rápidamente, por la enorme cercanía entre las estrellas (¡10.000 UA de distancia media!), muy inferior a la habitual en el disco galáctico. Estas reducidas distancias facilitarían la comunicación y los viajes interestelares. Una civilización gozaría de la oportunidad de establecer fácilmente colonias en otros mundos, reduciendo la probabilidad de que un simple cataclismo, que destruyese la vida en un único planeta, acabase con toda la civilización, ya que estaría extendida en múltiples mundos. Las civilizaciones avanzadas en los cúmulos globulares serían prácticamente inmortales... Además, los cúmulos globulares suelen ser muy muy antiguos y es posible que abunden civilizaciones muy evolucionadas... Sin duda buenos objetivos para el proyecto SETI.

Basta revisar brevemente la historia de la Tierra para encontrar paralelismos. Un ejemplo son las civilizaciones del Mediterráneo oriental, plagado de pequeñas islas, que pronto desarrollaron un comercio floreciente en el que a menudo se fundaban nuevos asentamientos coloniales: cicládicos, cananeos, minoicos, micénicos, fenicios, griegos, y tantos otros...

Bueno, como siempre, terminamos hablando de Proxima b. Este supuesto planeta se encuentra a 4,2 años luz (unas 270.000 UA): ¿Qué sería de nuestra civilización si estuviéramos a solo 58 días luz (10.000 UA)?

¡Wow!

Los Cúmulos Globulares podrían tener una habitabilidad sorprendente. Sus posibilidades de mantener civilizaciones longevas y muy desarrolladas parecen claras... (Fuente: Wikipedia, Crédito: NASA/HST) 


2001. Guillermo González define la Zona Habitable Galáctica. (ZHG)

2004. Lineweaver muestra como la ZHG se despliega entre 7 y 9 kiloparsecs para luego ir ampliándose a medida que la galaxia envejece.

2006.La profunda crítica de Prantzos.

2011. El detallado modelo de Gowanlock ha producido una gran influencia en los estudios posteriores.

2012. Leticia Carigi estudia la habitabilidad de la Galaxia de Andrómeda (M31)

2012 Suthar y McKay estudian la habitabilidad de las galaxia irregulares y son más habitables que las espirales.

2014. Spitoni estudia la Habitabilidad de la Vía Láctea junto a la Galaxia de Andrómeda. 

2015. Dayal trata de identificar el tipo de galaxia más habitable.Su apuesta es por las enormes galaxia  elípticas irregulares. 

2015. Duncan Forgan y Dayal estudian la habitabilidad de nuestro Grupo Local de galaxias. Recomiendo la lectura de este interesante paper.

2015. Este artículo de Morrison parece interesante, pero solo he podido acceder al resumen. Pone el énfasis en el estudio de la vida inteligente. Para ello, el planeta tiene que tener un tiempo de tranquilidad entre cada una de las esterilizaciones que producen las supernovas. Parece que la zona interior es la más favorecida.

2016. DiStefano estudia la habitabilidad y la "navegabilidad" de los Cúmulos Globulares...

2016. Dayal estudia la habitabilidad del Universo entero. Al parecer, la habitabilidad de nuestro Universo aumenta con el tiempo.

2016.Vukotić realiza otra estimación más de la ZHG de nuestra galaxia.



viernes, 14 de octubre de 2016

Mis cinco planetas preferidos.

Me ha parecido interesante poner en una pequeña lista mis planetas favoritos. Están ordenados según mis preferencias, implicando habitabilidad, cercanía e interés astrobiológico. No he utilizado métrica alguna, es una relación subjetiva y además no he tenido en cuenta para nada las peticiones carentes de visión de la Unión Astronómica Internacional, que demandan situar los planetas del Sistema Solar dentro de una categoría distinta de los exoplanetas de otras estrellas...

Empiezo, de menos a más:

5-Gliese-667 Cc.
Masa: > 4,1 M
Semieje mayor: 0,13 UA (Zona Habitable Conservadora).
Distancia: 23,6 años-luz.

Gliese-667 Cc  (PHL UPR en Arecibo).
En 2011 se anuncia el descubrimiento de Gliese-667 Cc y la comunidad científica se conmueve hasta los cimientos. Era un planeta entonces sorprendente que hoy (en 2016) sigue pareciendo sorprendente, siendo uno de los planetas con más posibilidades de habitabilidad. 5 años han pasado, un periodo de tiempo enorme en un campo tan dinámico como el de los exoplanetas. Durante este tiempo ha sido objeto de exigentes revisiones y análisis feroces que ha conseguido superar. Es un planeta firmemente confirmado.


4-Kapteyn b.
Masa: > 4,8 M
Semieje mayor: 0,17 UA (Zona Habitable Conservadora).
Distancia: 12,8 años-luz.

Kapteyn b (PHL UPR en Arecibo).
Su descubrimiento produjo una profunda impresión en la sociedad. Kapteyn b es un posible planeta en la Zona Habitable de la estrella de Kapteyn, una antigua estrella cercana a la Tierra nacida en otra galaxia. Su origen se ubica en una galaxia que en un lejano pasado fue devorada por la Vía Láctea. Este planeta orbita en una estrella que es enormemente antigua, un auténtico fósil nacido probablemente cuando el propio Universo solo tenía algo más de 2.000 millones de edad.

Aunque persisten las dudas sobre su existencia, personalmente tengo esperanzas de que la señal detectada pertenece a un planeta real. El futuro dirá si es así.


3-Proxima b, ese Punto Rojo Pálido.
Masa: > 1,27 M
Semieje mayor: 0,05 UA (Zona Habitable Conservadora).
Distancia: 4,2 años-luz.

Proxima b (Fuente: Youtube/nature)
El panorama de la Exoplanetología ha cambiado radicalmente durante este último mes. Las posibilidades que ha abierto la detección, con un nivel de confianza significativo, de un posible planeta orbitando en la Zona Habitable de Proxima Centauri (la estrella más cercana al Sol), son abrumadoras.


2-Marte, el inquietante planeta rojo.
Masa: 0,11 M
Semieje mayor a: 1.52 UA (Zona Habitable Conservadora).
Distancia: 0 años-luz.

Marte, imagen del HST (Fuente: NASA/ESA)
Aunque este planeta reside en la Zona Habitable del Sistema Solar, en principio decepciona un poco por ser demasiado pequeño y porque su atmósfera es demasiado tenue. Sin embargo, las pruebas sobre un pasado mucho más habitable son abrumadoras. Durante el final periodo Noeico, hace uno 4.000 Ma debió de tener mares en su superficie y una atmósfera más densa.

Es el planeta en la zona de habitabilidad más cercano a la Tierra, a tan solo unos cientos de millones de kilómetros (50-100 millones de kilómetros durante las oposiciones). Tan cerca está, que hoy los rovers atraviesan los lechos secos de sus antiguos mares buscando pruebas de fósiles en su superficie y quizá vida en su subsuelo...

1-La Tierra, mi planeta favorito.
Masa: 1 M
Semieje mayor a: 1 UA (Zona Habitable Conservadora).
Distancia: 0 años-luz.

La Tierra vista desde el Apolo 8 (Fuente: NASA)
Por supuesto, la Tierra, el único planeta que sabemos con certeza que es habitable, por el momento. De alguna manera, ha sido capaz de albergar seres vivos durante miles de millones de años y, si la vida no vino del espacio exterior, es porque nació en este planeta y con ella los organismos de los que descienden todos los seres vivos conocidos. 

Su originalidad y su singularidad están fuera de toda duda.

Este Punto Azul Pálido me gusta tanto que, de hecho, pienso vivir en él por algún tiempo.

Cuidémoslo, por favor.



Hay otros planetas como Gliese-832 c o Wolf-1061 c, que me gustan mucho pero que no han cabido en una reducida lista de solo cinco candidatos:

Es el caso de los planetas descubiertos por el telescopio Kepler, como Kepler-186 f, Kepler-62 f,  Kepler-442 b y Kepler-1229 b los he descartado porque están demasiado lejanos para mi gusto.

Me encantan otros planetas claramente inhabitables pero con tránsitos fenomenales, como HD-219134 b, 55-Cancri b, Corot-7 b, Kepler-10 b (y c), Kepler-36 c (y b) y otros planetas infernales, incluyendo planetas algo más grandes, quizá GJ-436 b, Gliese-3470 b y HD-97658 b. 

También me atraen los planetas detectados en las estrellas cercanas del tipo solar, aunque no sean del todo terrestres: Epsilon Eridani b, HD-20794 d, 61 Virginis d (si es que existe),...

Y por supuesto me gustan los planetas con tránsitos y de interés astrobiológico como TRAPPIST-1 d,  GJ-1214 b y, especialmente, GJ-1132 b, planeta supuestamente similar a Venus (o quizá dominado por el oxígeno abiótico), sobre el que tengo un agradable presentimiento de que nos dará sorpresas.


domingo, 9 de octubre de 2016

Las Intensas Auroras de Proxima b, ¿podríamos detectarlas?

El descubrimiento de Próxima Centauri b a tan sólo 4,2 años-luz marca el comienzo de una nueva era en la caracterización de los exoplanetas potencialmente habitables. Sin embargo, incluso la separación angular proporcionada por una estrella tan próxima (37 mas) supone un desafío casi insuperable para los mejores coronógrafos actuales (GPI y VLT-SPHERE).

En este contexto no faltan ideas innovadoras para intentar analizar el planeta de alguna manera que facilite su caracterización. Una de ellas pasa por la posibilidad de detectar directamente en el visible la emisión de las auroras de la atmósfera de Proxima b.

La luz verde de una aurora boreal en la Tierra. En condiciones "de reposo" las auroras de Proxima b podrían ser 100 veces más intensas. (Fuente: USAF Crédito: Joshua Strang.)



En principio, las auroras podrían ser detectadas con una combinación de alto contraste de imagen y espectroscopia de alta dispersión. Si Proxima b es similar a la Tierra en su composición debería tener un buen campo magnético y, en teoría, retener una atmósfera. En estas condiciones, una atmósfera rica en O2 y/o CO2 produciría unas auroras estupendas, emitiendo energía en la línea verde del oxígeno, en los 5577 A.

Las propiedades de Proxima Centauri además contribuyen a producir unas auroras fenomenales. La estrella es una enana roja y, como sabemos, una estrella fulgurante, muy activa, en la que son habituales intensas tormentas magnéticas (su campo magnético es nada menos que ¡600 veces más potente que el del Sol!). Los CMEs (Coronal Mass Ejections) tienen que estar llegando a Proxima b (apenas a 0,05 UA) y afectar sensiblemente al campo magnético del planeta.

Aurora generada por un CME durante una tormenta solar en 2010.
(Fuente: NASA, Estación Espacial).
En general, para Proxima b el contraste planeta-estrella (2e-7) de la luz visible reflejada es difícil de abordar con la tecnología actual. Pero (¡Hum!), si Proxima b exhibe intensas auroras, esto permitirá aumentar el contraste en uno o más órdenes de magnitud en las longitudes de onda características de emisión de la aurora.

Más precisamente, si las observaciones coincidieran con los períodos de más vigorosa actividad estelar, en medio de esta tormenta terrible la aurora emitiría con una potencia bestial, de ~ 100 TW, y el contraste sería mucho más beneficioso, de 7e-4. ¡Un VLT-SPHERE mejorado podría quizá detectar la señal en menos de una hora!

La detección de la línea de oxígeno de 5577A proporcionaría información relevante sobre las propiedades planetarias de Proxima b. Su detección no sólo confirmaría la presencia del planeta, sino que ¡apuntaría a la presencia de una atmósfera abundante en oxígeno y/o dióxido de carbono, mostrando su naturaleza terrestre!.

Incluso las futuras observaciones con telescopios extremadamente grandes, equipados con instrumentos avanzados como coronógrafos de alto contraste, serán incapaces de detectar nada durante los periodos de calma de la estrella (0,1 TW) Pero sí se podrían detectar la aurora de una tormenta magnética moderada, de 1 TW, en aproximadamente 10 horas. 

La Aurora Australis vista desde la Estación Espacial internacional (Fuente: NASA)


El equipo realizó una revisión de los espectros obtenidos por HARPS cuando el espectrógrafo realizó el descubrimiento de Proxima b por velocidades radiales. La idea era observar la línea 5577A buscando algún destello anómalo. El resultado fue negativo. 

Es decir, a partir de la sensibilidad de HARPS podemos deducir que las auroras de Proxima b, si existen, no emiten con una intensidad mayor que 3.000 TW, en coherencia con los modelos teóricos, que predicen el máximo entre 10 y 100 TW, con una intensidad de 0,065 TW en los momentos de reposo. Ojo, que durante los momentos "de reposo" son 100 veces más intensas que las de la Tierra.

Representación artística de la posible aurora detectada en la enana marrón LSR J1835+3259
(Fuente: Chuck Carter y Gregg Hallinan. Caltech).

Estábamos escribiendo sobre el caso en el que Proxima b fuera un planeta terrestre con O2 y/o CO2. Sin embargo, si Proxima b estuviera en una órbita "de cara", con una reducida inclinación (i muy baja) sería mucho más masiva de lo que quisiéramos. Podría ser, de hecho, un mini-Neptuno con una  atmósfera dominada por el H2. En este caso habría que buscar la emisión Lyman-Werner  del H2 en el ultravioleta. Esta emisión debería ser muy potente. Pues bien, la sólida NO detección de esta emisión pondría a las claras la naturaleza terrestre de Proxima b.

Una aurora de Júpiter observada con el HST en el ultravioleta. (Fuente: NASA/JPL)

La aurora austral. Su color verde es característica y propia de e un planeta terrestre.
(Fuente: NASA. satélite IMAGE)


2005. La sonda Mars Express detecta auroras en Marte en el ultravioleta.

2011. Jonathan Nichols propone buscar las emisiones en el radio de los exoplanetas del tipo Júpiter.
https://arxiv.org/abs/1102.2737

2015. Las Auroras de Saturno vistas en el visible por la Cassini. 

2015. Observaciones del HST en el ultravioleta de auroras en el Sistema Solar. Júpiter, Saturno, Urano (en Neptuno no las ha detectado aunque se conocen desde la Voyager 2). Y también para los satélites jovianos como Ganímedes y Europa.

2015. Hallinan detecta una aurora en una enana marrón tanto en el visible como en el radio. 

2016. El estudio de Rodrigo Luger analizando las posibilidades de las auroras en Proxima b. 




viernes, 7 de octubre de 2016

El Esotérico Tránsito de Proxima b.

Esto sí que sería ya la apoteosis. Un tránsito en Proxima b facilitaría el estudio de su atmósfera y su habitabilidad... si es que es verdad que hay un tránsito en Proxima b. 

Al paper de Davenport de hace un mes analizando las fulguraciones en la curva de luz de Proxima, se suma este artículo de Kipping buscando tránsitos, resultado de un delicado estudio que muestra que podría, hum, quizá, mostrar algún indicio relevante...


Representación artística de Proxima b. Sus tránsitos es improbable que los detectemos desde la Tierra. (Fuente: ESO, Crédito: M. Kommesser)


Me gusta David Kipping. Su lucha constante por encontrar exolunas, su entusiasmo, su accesibilidad... Le han hecho hasta un chiste divertido:

"Do you like Kipping?
Hum, I don't know, I have never Kipped..."

La probabilidad del tránsito.

La probabilidad es del 1,5% (Guillem) o 1,3% (Turbet) y es que para que se produzca el tránsito el planeta tiene que pasar exactamente entre la estrella y nosotros. Y esa alineación no es muy probable que se produzca.

No obstante, hay consideraciones físicas (no contempladas en un mero análisis a priori geométrico) que hay que tener en cuenta:

Para una estrella tan pequeña como Proxima Centauri Proxima b es un planeta grande. Y si la órbita de Proxima b estuviera más o menos "de cara" (i=0 grados), sería mucho (pero mucho) más grande, y eso es algo que, estadísticamente y gracias a los datos de Kepler, sabemos que es improbable. Así, la probabilidad debería ser algo más grande que 1,5%.

Aún hay más. En Alfa Centauri Bb se sospecha que hay un tránsito (gracias al gran Brice Olivier-Demory). Si resulta ser real, y si Proxima Centauri tienen un origen común con Alfa Centauri AB, y si los sistemas de estas estrellas son coplanares (ya van muchos si) probablemente Proxima estaría también, más o menos, "de canto" (i=90 grados).

Hum. Por mucho que argumentemos, la probabilidad del tránsito es reducida, pero merece la pena intentarlo.

Las fulguraciones.

Davenport ya anunció en su paper que el análisis de la curva de luz en busca de tránsitos se vería dificultado por las abundantes fulguraciones. Kipping, tras eliminar de sus observaciones las fulguraciones más obvias reconocía que la muestra estaba contaminada por numerosas fulguraciones menos intensas que desvirtuaban las observaciones. La intensidad esperada de este ruido era de un evento de 5 mmag cada 20 minutos, comparable con la intensidad esperada de la señal. Mal asunto.

Fulguraciones (Flares) en la curva de luz de Proxima Centauri (Pale Red Dot, 2016)


El indicio ( que no"hallazgo").

Pero David Kipping considera que podría estar ocurriendo. El pequeño telescopio espacial MOST de 15 cm de apertura observó Proxima Centauri durante 12,5 días en 2014 y 31 días en 2015. Si el tránsito de Proxima b pudiera ser detectable se esperaba que tuviera una profundidad de unos 5 mmag durante algo así como una hora. El satélite MOST tiene sensibilidad suficiente, llegando quizá a una precisión 0,3 mmag por hora (si no hay ruido). 

Buscando en la curva fotométrica el planeta anunciado por Guillem Anglada se encontró una débil señal (la señal C) con una probabilidad de falso positivo de apenas unos puntos % frente a una señal de falso negativo de 20/40 %. En otro caso, si se buscaba una señal sin ningún tipo de restricción aparecía otra de cierta significatividad (4 σ, la señal S), incoherente con los datos conocidos del planeta. Es decir, la curva de luz tenía ruido y más ruido.

La señal C (Kipping, 2016)

Gaspar Bakos echó una mano con la red de observatorios terrestres HATSouth, intentando detectar la señal. El resultado fue contrario a la señal C con un nivel de 1 o 2 σ. Seguir estudiándola requerirá telescopios que estudien la estrella en otras bandas, como el rojo extremo, el infrarrojo cercano y el infrarrojo. MEarth en tierra y el telescopio espacial Spitzer podrían ser útiles para esta tarea.


La señal S (Kipping, 2016)


La significatividad estadística del indicio es baja. Como comparación, el enigmático tránsito de Demory de 2015 en Alfa Centauri Bb fue una detección fuerte, de 7.5 σ. Pero este tránsito de Kipping, Hum.


El misterioso tránsito de Demory detectado en Alfa Centauri Bb. Está sin confirmar pero tiene buena pinta. (Demory, 2015)

Conclusiones.

Nada se ha detectado y no es probable que encuentren nada. El indicio es puro ruido, una mera fluctuación estadística de la serie de datos, pequeñas fulguraciones que han pasado inadvertidas,... No me lo creo, pero ojalá que me equivoque.

No obstante, bienvenido sea su paper. Gracias a él probablemente se redoblarán los esfuerzos por observar Proxima b con otros observatorios. El estudio en el infrarrojo puede ser útil porque es una longitud de onda en la que las fulguraciones reducen su intensidad y en la que Proxima Centauri, una enana roja, emite bastante luz (K=4.4 mag vs V=11.1 mag) Aun así, no será una tarea sencilla, pero podría dar un resultado concluyente tanto si hay como si no hay tránsitos.

Esperemos a ver.

2015. Demory detecta un tránsito significativo en Alfa Centauri Bb
https://arxiv.org/abs/1503.07528

2016. Davenport analiza la curva de luz en su análisis de fulguraciones, augurando la dificultad de estudiar esta estrella en busca de tránsitos.
https://arxiv.org/abs/1608.06672

2016. El indicio esotérico de David Kipping de un tránsito. No hay una evidencia concluyente para el tránsito en proxima b.
https://arxiv.org/abs/1609.08718

Y finalmente una entrada más que decente de Pochimax en el Foro Astroseti sobre el tema.
http://foros.astroseti.org/viewtopic.php?f=5&t=8511&start=120

sábado, 1 de octubre de 2016

Biofirmas(IV). El color de la Vida. Los Pigmentos.

El oxígeno, el ozono, el sulfuro de dimetilo (DMS), el metano y otros componentes atmosféricos son biofirmas, es decir, bajo determinadas circunstancias pueden revelar la presencia de vida en un planeta, razonablemente a salvo de los falsos positivos. Este tema de las biofirmas de gases atmosféricos, determinadas por la huella espectral producida por los gases atmosféricos afectados por la actividad biológica, ya lo hemos tratado ampliamente.

Pero hay otras biofirmas más, y algunas son realmente interesantes.


La vida en otros planetas podría mostrar pigmentos totalmente diferentes a los de la Tierra
(Fuente: NASA. Crédito: Doug Cummings).


Otra clase de biomarcadores (o biofirmas) detectables son los pigmentos que  tienen los seres vivos. Es decir, si la biota de una planeta está muy extendida en la superficie, el color de la vida puede afectar al color del planeta. Es el efecto en la luz reflejada del planeta que pueden producir los pigmentos de los organismos vivos presentes en la superficie. 


La Clorofila es el principal pigmento de la vegetación. Absorbe el amarillo y el azul del visible mientras refleja el verde, que es el color mayoritario de las plantas. 

La clorofila es un pigmento asociado a la fotosíntesis. Este proceso metabólico, lo sabemos, es un método que transforma el CO2 en biomasa, utilizando fotones del Sol como fuente de energía, y un reductor, tal como H2, H2S o H2O. La más visible en la Tierra es la fotosíntesis oxigénica, que utiliza como reductor H2O y genera O2 como producto de desecho.

En la Tierra actual la vegetación podría (teóricamente) ser detectada desde otras estrellas. La característica espectral principal que la clorofila, ese pigmento, produce es el llamado VRE (Vegetation Red Edge), el Límite Rojo de la Vegetación, que no es otra cosa que un definido, abrupto y drástico aumento de la luz reflejada cuando se pasa del visible al infrarrojo cercano. Y es que la luz visible es fuertemente absorbida por la vegetación para realizar sus procesos fotosintéticos mientras el infrarrojo es dispersado. Esto es algo que ya nos explicó Carl Sagan en 1993 cuando observó la Tierra con la sonda Galileo: "Una explicación alternativa es la fotodisociación del agua, por medio de procesos biológicos, a partir de la luz del Sol como primer paso de la fotosíntesis. Un inusual pigmento que absorbe el rojo puede servir para este propósito, que no corresponde con ningún mineral plausible, es ampliamente encontrado en la superficie."


El VRE (Vegetation Red Edge) es la marca que la clorofila imprime en el espectro de la Tierra (Fuente: http://www.markelowitz.com/Hyperspectral.html)


La Tierra es nuestra guía para la caracterización de las biofirmas basadas en pigmentos, pero la Tierra no ha sido siempre así, la fotosíntesis oxigénica no ha dominado siempre la biosfera terrestre. Por el contrario, hay evidencias geológicas que sugieren la existencia en el pasado de tapetes microbianos o biopelículas de fotosintetizadores anoxigénicos, cientos de millones de años antes del desarrollo de la fotosíntesis oxigénica. Esto se infiere de la brecha temporal entre los fósiles de estromatolitos más antiguos en 3.500 Ma y la evidencia geoquímica más temprana para la fotosíntesis oxigénica en 2.700 Ma. Una de las formas de vida más extendidas fueron las bacterias púrpuras. Estas bacterias púrpuras ha sido estudiadas y tienen un efecto sobre el espectro con un fuerte aumento de la reflectividad, de forma similar al VRE, aunque desplazado hacia el rojo.

Otros pigmentos muy extendidos en la vida de la Tierra son los Carotenoides. Los podéis encontrar en las hojas del otoño que cuando se secan pierden la clorofila, mostrando sus carotenoides, pardos y amarillos. También los podéis ver en la fruta madura, que deja de ser verde, en el maíz y, por supuesto, en las zanahorias.

En particular, son abundantes en el caso de los extremófilos que han evolucionado desarrollando una pigmentación necesaria para hacer frente a los ambientes extremos, o para biosferas fotosintéticas donde la reflectancia espectral está dominada por un pigmento no fotosintético.

Ponemos algunos ejemplos interesantes:

Imaginemos un planeta dominado por Lagos Hipersalinos. En la Tierra los Halófilos (Halobacterium salinarum, Salinbacter ruber) medran en estos ecosistemas y dominan el reflejo de salinas y lagos hipersalinos con pigmentos no fotosintéticos. Estos organismos halófilos contienen cantidades sustanciales de carotenoides como bacterioruberin, dando como resultado esa preciosa coloración rojo, rosa, naranja que todos hemos visto alguna vez. Es decir, aunque en los entornos hipersalinos la forma primaria de producción puedan ser algas verdes como Dunaliella salina, que también contiene carotenoides, este último pigmento suele predominar visualmente.


Unas barcas en el Lago Rosa en el Senegal (Fuente: Wikipedia)


El Gran Lago Salado en EEUU, por ejemplo, es visible en las fotografías de la Estación Espacial Internacional o el Lago Rosa en Senegal. 


El Gran Lago Salado adquiere una coloración rojiza en el norte. (Fuente: Wikipedia)


Hay estanques de alta temperatura donde proliferan los Termófilos como Thermus aquaticus cuya pigmentación puede ser una adaptación al estrés oxidativo, y generan el anillo de color amarillo visible en el Grand Prismatic Spring en el Parque Nacional de Yellowstone. Esos quimiótrofos termófilos pigmentados por carotenoides, junto con cianobacterias, forman el gradiente de color visible, que cambia con el curso de las estaciones. Por primavera, predomina el naranja, mientras en otoño se entienden las cianobacterias que le aportan un tono verde oscuro.


Grand Prismatic Spring en el Parque Nacional de Yellowstone. Diversas tonalidades de marrón y amarillo debido a carotenoides van cambiando hacia el verde de la clorofila. El azul intenso del centro es el color del agua pura, no hay seres vivos a la temperatura de la zona central.(Fuente: Wikipedia)


Ahora pensemos en un planeta en el que predominen los Desiertos Helados. La vida en la nieve puede estar poblada por la llamada "nieve rosa" (Watermelon snow, en inglés) que no es sino un alga verde (Chlamydomonas nivalis) que junto a la clorofila tiene unos carotenoides protectores de los rayos UV que la dan una tonalidad rosada. Es típica en las alta montañas y en las zonas polares


Nieve Rosa adquiere una tonalidad rosada como protección a las radiaciones UV. 
(Fuente: Wikipedia. Crédito: Will Beback)

Y para terminar, es inevitable, hablamos de Proxima b (y esto empieza a ser una costumbre).

¿Qué pigmentos podrían predominar en la vida de Proxima b?

El VRE de la clorofila ha sido estudiado en un planeta que orbitase en torno a una enana roja. El efecto sería que se desplazaría al rojo. Si en la Tierra ronda los 0,75 µm a la luz de una enana roja podría estar en 1 µm o incluso más allá.

A nadie se le escapa que Proxima b está orbitando en una estrella muy activa. Es más que probable que su superficie esté bañada por intensos rayos X y UV. Ya hemos comentado que los carotenoides son magníficos protectores contra estos rayos. Otro pigmento protector contra los rayos UV lo conocemos todos: la Melanina, presente en nuestra piel, el pelo, los ojos...

Otra propiedad interesante de los carotenoides es que es un buen antioxidante, que puede ser relevante en los escenarios en los que el planeta esté dominado por el oxígeno. Un ejemplo pueden ser Deinococcus radiodurans y Rubrobacter radiotolerans, organismos que contienen carotenoides que los protegen funcionando sobre todo como antioxidantes. Si existe vida en Proxima b bien podría ser rica en Carotenoides.

Pero aún hay más. No han faltado otros pigmentos más sorprendentes. Todos hemos visto los organismos bioluminiscentes de la película Avatar, como protección ante los iones acelerados en la potente magnetosfera de Polifemo. Algunos pigmentos fotoprotectores (Luciferina) lo que hacen es absorber la luz UV para reemitirla en longitudes de onda más largas, menos nocivas para la vida. Es decir, son pigmentos fosforescentes (presentes por ejemplo en algunos corales). Sería alucinante que, tras una tormenta solar en Proxima Centauri, pudiera detectarse la fosforescencia de los seres vivos de Proxima b defendiéndose de la lluvia de rayos UV...


Seres fosforescentes en la noches de Avatar. Podría ser un mecanismo protector frente a radiaciones ionizantes creadas en la potente magnetosfera de Polifemo.
(Fuente: 
http://james-camerons-avatar.wikia.com)



El Mundo los pigmentos es enormemente interesante. Nos dejamos muchos en el tintero. La Rodopsina, por ejemplo, que obtiene energía de la luz con menos eficiencia que la clorofila y que se encuentra en nuestras retinas y en muchos halófilos; o los Flavonoides, que le dan su color a muchas flores.

1993. Carl Sagan sugiere el verde de la vegetación como una biofirma.
http://www.ufrgs.br/leaa/arquivos/aulas/SERP06/1993_ASearchForLifeOnEarthFromTheGalileoSpacecraft_NATURE.pdf

2002-2005. Sara Seager. Los primeros estudios sobre pigmentos estudian lo más obvio: la clorofila y el Borde Rojo (VRE)
https://arxiv.org/abs/astro-ph/0212550
https://arxiv.org/abs/astro-ph/0503302

2006. Tinetti estudia el comportamiento del VRE en las enanas rojas.
http://iopscience.iop.org/article/10.1086/505746

2012. Hedge y Kaltenegger sobre el color de los posibles ecosistemas de otros planetas.
https://arxiv.org/abs/1209.4098

2011-2013. Sanromá en varios artículos curiosos sobre la Tierra primitiva, la "Tierra Púrpura", dominada por las bacterias púrpuras.
https://arxiv.org/abs/1110.1340
https://arxiv.org/abs/1302.4232
https://arxiv.org/abs/1311.1145

2015. Un artículo muy interesante sobre pigmentos no fotosintéticos de Schwieterman, Cockell y Meadows.
https://arxiv.org/abs/1505.04752

2016. Jack T. O´Malley y Lisa Caltenegger nos hablan de la biofluorescencia de los seres vivos cerca de estrellas activas, como Proxima b. Alucinante.
https://arxiv.org/abs/1608.06930