La Radiación U (V) ilumina mi vida


Representación artística de una poderosa llamarada lanzada por una estrella enana.
¿Podría tal radiación realmente ayudar a la vida a desarrollarse? 
Crédito: [NASA Goddard SFC / S. Wiessinger].

Las enanas M , las estrellas más pequeñas y frías (en temperatura y por reputación) de la secuencia principal , también son el tipo más abundante en nuestra galaxia. Como lo señala este post de Astrobites , los planetas del tamaño de la Tierra y del tamaño de las Super-Tierras también son bastante comunes alrededor de estas estrellas, con 0.86 de estos tipos de planetas por enana M. Además, como las enanas M son más frías, su zona habitable está ubicada mucho más cerca, y los períodos más cortos consiguientes de los planetas de zonas habitables de las enanas M hacen que sea más fácil observar los tránsitos múltiples. Por lo tanto, si queremos buscar un planeta habitable, entonces deberíamos buscarlo alrededor de una enana-M. Ya se han descubierto varios planetas en zonas habitables alrededor de las enanas M; Trappist-1 tiene 3 de ellos!

Desafortunadamente, solo porque un planeta esté en la zona habitable no significa necesariamente que pueda sustentar la vida. Las enanas M producen mucha luz ultravioleta (UV) , especialmente en las longitudes de onda UV más cortas (UV extremo o EUV). La luz UV no solo le produce una «quemadura de Sol», sino que también puede causar estragos en la vida, desde la destrucción de las células hasta el despojo de un planeta de su agua y atmósfera. La mayoría de los estudios coinciden en que la radiación UV es perjudicial para la vida y existe una alta probabilidad de que los planetas entorno a enanas M no puedan soportar la vida como la conocemos.

Los autores del artículo de hoy arrojan una nueva luz sobre el efecto de los rayos UV en la vida. Señalan que estudios de laboratorio anteriores han descubierto que la luz UV es realmente necesaria para crear los componentes básicos necesarios para la vida, como el ARN , los aminoácidos y los azúcares. La creación de estos bloques de construcción también se conoce como fotoquímica prebiótica . ¿Podría la radiación UV de una enana M en realidad estar alimentando la vida en lugar de destruirla?


Figura 1: Espectros de múltiples tipos de enanas M y los espectros aproximados del Sol joven de 3.9 mil millones de años en negro. 
El panel superior es la cantidad total de flujo que las estrellas crean en diferentes longitudes de onda. A longitudes de onda ultravioleta más cortas, tanto las enanas M como el Sol joven irradian una cantidad comparable de flujo. El panel inferior es la cantidad de luz que llega a la superficie de la Tierra primitiva. El corte a 200 nm se debe a la absorción de dióxido de carbono en la atmósfera. Una cantidad significativa de luz UV del Sol joven llega a la superficie del planeta en comparación con cualquiera de las enanas. Crédito: M. Ranjan et al. 2017.

Tierra primitiva alrededor de una enana M.

Para abordar esta pregunta, los autores primero determinaron qué tipo de entorno UV experimentaría una Tierra anterior a la vida en torno a diferentes tipos de enanas M. Asumieron que su planeta tenía una atmósfera simple de 1 bar compuesta de 90% de nitrógeno y 10% de dióxido de carbono. Esta Tierra anterior a la vida fue golpeada con una variedad de niveles de radiación UV basados ​​en espectros de enanas M conocidos. Los autores descubrieron que el dióxido de carbono en la atmósfera protegía la superficie del planeta de la radiación dañina de la EUV, una ventaja para la vida. Sin embargo, debido a que las enanas M son más pequeñas, solo producen entre 1 y 10% de la radiación UV cercana a nuestro Sol joven (Figura 1). Usando la cantidad de luz que llega a la superficie del planeta, conocida como radiación superficial, los autores determinaron que las tasas de reacción para la fotoquímica prebiótica tomarían de 2 a 4 veces más en un planeta entorno a una enana M que en la Tierra primitiva.

¿Puede la vida desarrollarse o no?

Esto no significa necesariamente que la vida tal como la conocemos no se haya desarrollado en planetas de enanas M, solo que los caminos para lograr la química prebiótica tardarían mucho más tiempo (en el orden de 10 10 años o casi la edad actual del universo ). ¡Si este es el caso, entonces no ha habido suficiente tiempo para que se desarrolle la vida en la mayoría de los planetas de las enanas M! Sin embargo, si las reacciones tardan demasiado tiempo, el documento señala que otra química podría dominar lo que se necesita para la vida, aunque no está claro cuál será la escala de tiempo para su desarrollo.

Pero puede haber una manera de evitar esto. Las enanas M son bastante activas y se sabe que tienen destellos a menudo. Los autores repitieron su experimento utilizando el espectro de un destello conocido de la enana M AD Leo. Ellos encontraron que durante un corto período de tiempo, el planeta experimenta un flujo de UV que es 10 veces mayor que el de la Tierra para algunas longitudes de onda, lo que lleva a velocidades de reacción que son hasta 10 veces más rápidas. En la Figura 2 se muestra una comparación de las tasas de reacción antes y después de un destello. La Tasa de Dosis Relativa corresponde a las tasas de reacción. Las diferentes cajas de colores en la Figura 2 representan diferentes reacciones químicas. Antes de una erupción, AD Leo, una enana M bastante activa, presenta tasas de reacción que son más lentas que las impulsadas por una estrella anfitriona del tipo del Sol temprano. ¡Pero durante una llamarada de alta energía, sus tasas de reacción saltan órdenes de magnitud!


Figura 2 : Tasas de reacción (tasa de dosis relativa) del Sol joven, AD Leo cuando no tiene destellos (es decir, está inactiva), y de AD Leo cuando tiene destellos. Cada caja coloreada representa diferentes reacciones fotoquímicas prebióticas.
[Adaptado de Ranjan et al. 2017].

Con suficientes «bengalas»(destellos) de luz EUV llegando al planeta, es posible que la fotoquímica prebiótica ocurra en escalas de tiempo similares a las de la Tierra primitiva. Aunque la cantidad de bengalas que se necesitan, la cantidad de energía y lo que esto podría hacer a la atmósfera del planeta, todavía son preguntas que deben responderse a través de experimentos en el laboratorio y observaciones continuas de enanas M. Los autores argumentan que deberíamos considerar apuntar a enanas M más activas o con más destellos en nuestra búsqueda de vida.

En cuanto a si la radiación UV es buena o mala, seguimos obteniendo la misma respuesta: «no sabemos». Resulta que continuamos demostrando una conclusión muy obvia: la vida y el desarrollo de la vida es realmente complicado.

Fuente del artículo: astrobites.

Artículo original: U(V) Light Up My Life. Jessica Roberts. March 21, 2019.

Publicación del trabajo de Investigación (paper):

Título: The Surface UV Environment on Planets Orbiting M-Dwarfs: Implications for Prebiotic Chemistry & Need for Experimental Follow-up

Autores: Sukrit Ranjan, Robin Wordsworth & Dimitar D. Sasselov.

Institución del Primer Autor: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, MA.

Estado: Publicado en el «Astrophysical Journal», [open access].

Material relacionado:

La detección de abundante oxígeno molecular en la atmósfera de un exoplaneta se consideraba una indicación fuerte de una biosfera.
La presencia abundante y desequilibrada de oxígeno en la atmósfera de la Tierra solo existe porque mucha biomasa sigue bombeándolo. Sin embargo, a medida que las capacidades de observación han avanzado hasta el punto en que podemos comenzar a estudiar las atmósferas de exoplanetas, la ampliación de la imagen teórica se ha vuelto mucho más interesante. ¿Indicaría el oxígeno molecular la presencia de vida? Bueno, tal vez … y tal vez no. Podría ser generado 
sin vida cuando la insolación UV rompe las moléculas de H 2 O o CO 2 . Esto no es significativo en la atmósfera de la Tierra, pero el siguiente informe señala que podría ser significativo en atmósferas secas dominadas por CO 2 de planetas alrededor de enanas M, ya que estas proyectan de manera errática rayos UV y rayos X (XUV) extremos:

Beacons of Life. by Eckhart Spalding. astrobites. Nov 14, 2017.

Sobre la abundancia de estrellas de Tipo Espectral M en la Vía Láctea y más allá.

Las enanas rojas (estrellas de tipo espectral M) en la Vía Láctea son en su gran mayoría  estrellas simples, es decir no pertenecen a sistemas múltiples de estrellas, lo cual favorece la existencia de exoplanetas orbitando entorno a ellas (los discos protoplanetarios entorno a un sistema formado por más de una estrella son muy inestables, llevando en general a la disrupción de los mismos):

Ese mismo estudio también concluye que las enanas rojas son las estrellas más abundantes de nuestra galaxia:

Un equipo de la Universidad de Yale Liderado por el investigador Pieter van Dokkum  ha observado enanas rojas no en nuestra galaxia, sino en ocho galaxias elípticas relativamente cercanas, ubicadas entre 50 y 300 millones de años luz de distancia. Lo que descubrieron es que hay unas veinte veces más enanas rojas en estas galaxias elípticas que en la Vía Láctea:

Aunque ninguna es visible a simple vista, las enanas rojas constituyen más de la mitad de las 140 estrellas conocidas dentro de los 20 años luz del Sol y albergan dos tercios de los exoplanetas conocidos en esa región. Vea el gráfico de estas estrellas en nuestra vecindad en el artículo:

Sobre la abundancia de exoplanetas rocosos a partir de los datos recabados por la misión Kepler:

Sobre la posible abundancia de agua en los planetas que orbitan estrellas enanas:

Otros artículos (en Español):

Sobre el estudio de la atmósfera de un exoplaneta:

Let’s talk about Exoplanetary Photospheres. Vatsal Panwar. astrobites. April 17, 2019.

Videos:

Documentales:

Conferencias y charlas públicas:

En español:

En Inglés:

Curiosidades:


Sobre la cuestión de cuán pequeña puede ser una estrella.

La actividad de las estrellas de baja masa disminuye a medida que se avanza a masas más bajas y más bajas y es de esperar que la cromosfera (una región de la estrella en que se producen los destellos o llamaradas) también se enfrie y se debilite.
Te presentamos un caso reciente extraordinario de una estrella que emite destellos 10 veces más potentes que los observados en el Sol y que está justo en el límite entre ser una estrella o una enana marrón, un objeto subestelar de masa muy baja. Cualquier masa más baja y definitivamente sería una enana marrón El hecho de que hayamos observado esta estrella de masa increíblemente baja, donde la cromosfera debería estar casi en su punto más débil, pero presentando potentes destellos de luz blanca, muestra que una fuerte actividad magnética aún puede persistir hasta este nivel:

Explosion on Jupiter-sized star ten times more powerful than ever seen on our Sun . University of Warwick, United Kingdom. April 17, 2019.

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Letters.

Los comentarios están cerrados.