Zona habitable

En astronomía y astrobiología, la zona habitable (HZ), o más precisamente la zona habitable circunestelar (CHZ), es el rango de órbitas alrededor de una estrella dentro del cual una superficie planetaria puede contener agua líquida dada una presión atmosférica suficiente. Los límites del HZ se basan en la posición de la Tierra en el Sistema Solar y la cantidad de energía radiante que recibe del Sol. Debido a la importancia del agua líquida para la biosfera de la Tierra, la naturaleza del HZ y los objetos que contiene pueden ser fundamentales para determinar el alcance y la distribución de planetas capaces de sustentar vida e inteligencia extraterrestres similares a la Tierra.

La zona habitable también es llamada zona de Ricitos de Oro, metáfora, alusión y antonomasia del cuento infantil de "Ricitos de Oro y los Tres Osos", en que una niña elige entre conjuntos de tres elementos, ignorando los que son demasiado extremos (grandes o pequeños, calientes o fríos, etc.) y decidiéndose por el que está en el medio, que es "perfecto";.

Desde que el concepto se presentó por primera vez en 1953, se ha confirmado que muchas estrellas poseen un planeta HZ, incluidos algunos sistemas que constan de múltiples planetas HZ. La mayoría de estos planetas, ya sean súper Tierras o gigantes gaseosos, son más masivos que la Tierra, porque los planetas masivos son más fáciles de detectar. El 4 de noviembre de 2013, los astrónomos informaron, basándose en datos de Kepler, que podría haber hasta 40 mil millones de planetas del tamaño de la Tierra orbitando en las zonas habitables de estrellas similares al Sol y enanas rojas en la Vía Láctea. Alrededor de 11 000 millones de ellos pueden estar orbitando estrellas similares al Sol. Proxima Centauri b, ubicado a unos 4,2 años luz (1,3 pársecs) de la Tierra en la constelación de Centauro, es el exoplaneta conocido más cercano y orbita en la zona habitable de su estrella. El HZ también es de particular interés para el campo emergente de la habitabilidad de los satélites naturales, porque las lunas de masa planetaria en el HZ podrían superar en número a los planetas.

En las décadas siguientes, el concepto HZ comenzó a ser cuestionado como criterio principal para la vida, por lo que el concepto aún está evolucionando. Desde el descubrimiento de evidencia de agua líquida extraterrestre, ahora se cree que cantidades sustanciales de ella se encuentran fuera de la zona habitable circunestelar. El concepto de biosferas profundas, como la de la Tierra, que existen independientemente de la energía estelar, ahora es generalmente aceptado en astrobiología dada la gran cantidad de agua líquida que se sabe que existe en las litosferas y astenosferas del Sistema Solar. Sostenida por otras fuentes de energía, como el calentamiento de las mareas o la desintegración radiactiva, o presurizada por medios no atmosféricos, el agua líquida puede encontrarse incluso en planetas rebeldes o en sus lunas. El agua líquida también puede existir en un rango más amplio de temperaturas y presiones en forma de solución, por ejemplo con cloruros de sodio en el agua de mar en la Tierra, cloruros y sulfatos en Marte ecuatorial o amoníacos, debido a sus diferentes propiedades coligativas. Además, se han propuesto otras zonas circunestelares, donde podrían existir en forma líquida en la superficie disolventes distintos del agua favorables a la vida hipotética basada en bioquímicas alternativas.

Historia

En los Principia de Newton (Libro III, Sección 1, corol. 4) aparece una estimación del rango de distancias al Sol que permiten la existencia de agua líquida.

El concepto de zona habitable circunestelar se introdujo por primera vez en 1913, por Edward Maunder en su libro "¿Están habitados los planetas?". El concepto fue discutido más tarde en 1953 por Hubertus Strughold, quien en su tratado El planeta verde y el rojo: un estudio fisiológico de la posibilidad de vida en Marte, acuñó el término "ecosfera".; y referido a varias "zonas" en el que la vida podría surgir. Ese mismo año, Harlow Shapley escribió "Liquid Water Belt", que describía el mismo concepto con mayor detalle científico. Ambos trabajos enfatizaron la importancia del agua líquida para la vida. Su-Shu Huang, un astrofísico estadounidense, introdujo por primera vez el término "zona habitable" en 1959 para referirse al área alrededor de una estrella donde podría existir agua líquida en un cuerpo suficientemente grande, y fue el primero en introducirlo en el contexto de la habitabilidad planetaria y la vida extraterrestre. Huang, uno de los primeros contribuyentes importantes al concepto de zona habitable, argumentó en 1960 que las zonas habitables circunestelares, y por extensión la vida extraterrestre, serían poco comunes en sistemas estelares múltiples, dadas las inestabilidades gravitacionales de esos sistemas.

El concepto de zonas habitables fue desarrollado aún más en 1964 por Stephen H. Dole en su libro Planetas habitables para el hombre, en el que analiza el concepto de zona habitable circunestelar, así como varios otros determinantes. de habitabilidad planetaria, estimando finalmente el número de planetas habitables en la Vía Láctea en unos 600 millones. Al mismo tiempo, el autor de ciencia ficción Isaac Asimov introdujo el concepto de zona habitable circunestelar al público en general a través de sus diversas exploraciones sobre la colonización espacial. El término "zona Ricitos de Oro" surgió en la década de 1970, haciendo referencia específicamente a una región alrededor de una estrella cuya temperatura es "perfecta" que haya agua presente en la fase líquida. En 1993, el astrónomo James Kasting introdujo el término "zona habitable circunestelar" para referirse más precisamente a la región entonces (y todavía) conocida como zona habitable. Kasting fue el primero en presentar un modelo detallado de la zona habitable de los exoplanetas.

En el año 2000 se actualizó el concepto de zona habitable cuando los astrónomos Peter Ward y Donald Brownlee introdujeron la idea de "zona habitable galáctica", que luego desarrollaron con Guillermo González. La zona habitable galáctica, definida como la región donde es más probable que surja vida en una galaxia, abarca aquellas regiones lo suficientemente cercanas a un centro galáctico como para que las estrellas allí se enriquezcan con elementos más pesados, pero no tan cerca como para que los sistemas estelares, las órbitas planetarias y El surgimiento de la vida se vería frecuentemente interrumpido por la intensa radiación y las enormes fuerzas gravitacionales que se encuentran comúnmente en los centros galácticos.

Posteriormente, algunos astrobiólogos proponen que el concepto se extienda a otros disolventes, incluidos el dihidrógeno, el ácido sulfúrico, el dinitrógeno, la formamida y el metano, entre otros, lo que sustentaría hipotéticas formas de vida que utilizan una bioquímica alternativa. En 2013, se realizaron mayores avances en los conceptos de zona habitable con la propuesta de una zona habitable circun planetaria, también conocida como "borde habitable", para abarcar la región alrededor de un planeta donde las órbitas de los satélites naturales no se verían perturbadas y, al mismo tiempo, el calentamiento de las mareas del planeta no provocaría la evaporación del agua líquida.

Se ha observado que el término actual de 'zona habitable circunestelar' plantea confusión ya que el nombre sugiere que los planetas dentro de esta región poseerán un entorno habitable. Sin embargo, las condiciones de la superficie dependen de una serie de propiedades individuales diferentes de ese planeta. Este malentendido se refleja en los entusiasmados informes sobre los 'planetas habitables'. Dado que se desconoce por completo si las condiciones en estos mundos distantes de HZ podrían albergar vida, se necesita una terminología diferente.

Determinación

Que un cuerpo se encuentre en la zona habitable circunestelar de su estrella anfitriona depende del radio de la órbita del planeta (en el caso de los satélites naturales, la órbita del planeta anfitrión), de la masa del propio cuerpo y el flujo radiativo de la estrella anfitriona. Dada la gran dispersión de las masas de planetas dentro de una zona habitable circunestelar, junto con el descubrimiento de planetas súper Tierra que pueden sostener atmósferas más espesas y campos magnéticos más fuertes que la Tierra, las zonas habitables circunestelares ahora se dividen en dos regiones separadas: una &# 34;zona habitable conservadora" en el que los planetas de menor masa como la Tierra puedan seguir siendo habitables, complementados con una "zona habitable extendida" en el que un planeta como Venus, con efectos invernadero más fuertes, puede tener la temperatura adecuada para que exista agua líquida en la superficie.

Estimaciones del Sistema Solar

Las estimaciones para la zona habitable dentro del Sistema Solar oscilan entre 0,38 y 10,0 unidades astronómicas, aunque llegar a estas estimaciones ha sido un desafío por diversas razones. Numerosos objetos de masa planetaria orbitan dentro o cerca de este rango y, como tales, reciben suficiente luz solar para elevar las temperaturas por encima del punto de congelación del agua. Sin embargo, sus condiciones atmosféricas varían sustancialmente.

El afelio de Venus, por ejemplo, toca el borde interior de la zona en la mayoría de las estimaciones y, aunque la presión atmosférica en la superficie es suficiente para que haya agua líquida, un fuerte efecto invernadero eleva las temperaturas de la superficie a 462 °C (864 °F). en el cual el agua sólo puede existir como vapor. Todas las órbitas de la Luna, Marte y numerosos asteroides también se encuentran dentro de diversas estimaciones de la zona habitable. Sólo en Marte' Las elevaciones más bajas (menos del 30% de la superficie del planeta) son la presión atmosférica y la temperatura suficientes para que el agua, si está presente, exista en forma líquida durante períodos cortos. En la cuenca Hellas, por ejemplo, las presiones atmosféricas pueden alcanzar los 1.115 Pa y temperaturas superiores a cero grados Celsius (aproximadamente el punto triple para el agua) durante 70 días en el año marciano. A pesar de la evidencia indirecta de flujos estacionales en las cálidas laderas marcianas, no se ha confirmado la presencia de agua líquida allí. Mientras que otros objetos orbitan parcialmente dentro de esta zona, incluidos los cometas, Ceres es el único de masa planetaria. Una combinación de baja masa y la incapacidad de mitigar la evaporación y la pérdida de atmósfera contra el viento solar hacen imposible que estos cuerpos mantengan agua líquida en su superficie.

A pesar de esto, los estudios sugieren fuertemente que hubo agua líquida en la superficie de Venus, Marte, Vesta y Ceres, lo que sugiere un fenómeno más común de lo que se pensaba anteriormente. Dado que se cree que el agua líquida sostenible es esencial para sustentar la vida compleja, la mayoría de las estimaciones se infieren, por lo tanto, del efecto que tendría una órbita reposicionada sobre la habitabilidad de la Tierra o Venus, ya que su gravedad superficial permite retener suficiente atmósfera para varios miles de millones. años.

Según el concepto de zona habitable extendida, los objetos de masa planetaria con atmósferas capaces de inducir suficiente forzamiento radiativo podrían poseer agua líquida más lejos del Sol. Estos objetos podrían incluir aquellos cuyas atmósferas contienen un alto componente de gases de efecto invernadero y planetas terrestres mucho más masivos que la Tierra (planetas de clase súper Tierra), que han conservado atmósferas con presiones superficiales de hasta 100 kbar. No hay ejemplos de tales objetos en el Sistema Solar para estudiar; No se sabe lo suficiente sobre la naturaleza de las atmósferas de este tipo de objetos extrasolares, y su posición en la zona habitable no puede determinar el efecto neto de la temperatura de dichas atmósferas, incluido el albedo inducido, el efecto antiinvernadero u otras posibles fuentes de calor.

Como referencia, la distancia promedio al Sol de algunos cuerpos importantes dentro de las diversas estimaciones de la zona habitable es: Mercurio, 0,39 AU; Venus, 0,72 UA; Tierra, 1,00 UA; Marte, 1,52 UA; Vesta, 2,36 UA; Ceres y Palas, 2,77 UA; Júpiter, 5,20 UA; Saturno, 9,58 UA. Según las estimaciones más conservadoras, sólo la Tierra se encuentra dentro de la zona; en las estimaciones más permisivas, incluso se podría incluir a Saturno en el perihelio o Mercurio en el afelio.

Extrapolación extrasolar

Los astrónomos utilizan el flujo estelar y la ley inversa-quare para extrapolar modelos de zona habitable circumstellar creados para el Sistema Solar a otras estrellas. Por ejemplo, según la estimación de la zona habitable de Kopparapu, aunque el Sistema Solar tiene una zona habitable circumstellar centrada en 1.34 UA del Sol, una estrella con 0.25 veces la luminosidad del Sol tendría una zona habitable centrada en ${displaystyle {sqrt {0.25}$, o 0.5, la distancia de la estrella, correspondiente a una distancia de 0.67 AU. Varios factores complicadores, sin embargo, incluyendo las características individuales de las propias estrellas, significan que la extrapolación extrasolar del concepto HZ es más compleja.

Tipos espectrales y características del sistema estelar

Algunos científicos sostienen que el concepto de zona habitable circunestelar en realidad se limita a estrellas en ciertos tipos de sistemas o de ciertos tipos espectrales. Los sistemas binarios, por ejemplo, tienen zonas habitables circunestelares que difieren de las de los sistemas planetarios de una sola estrella, además de las preocupaciones de estabilidad orbital inherentes a una configuración de tres cuerpos. Si el Sistema Solar fuera un sistema binario, los límites exteriores de la zona habitable circunestelar resultante podrían extenderse hasta 2,4 AU.

En cuanto a los tipos espectrales, Zoltán Balog propone que las estrellas de tipo O no pueden formar planetas debido a la fotoevaporación provocada por sus fuertes emisiones ultravioleta. Al estudiar las emisiones ultravioleta, Andrea Buccino descubrió que sólo el 40% de las estrellas estudiadas (incluido el Sol) tenían zonas habitables de agua líquida y ultravioleta superpuestas. Las estrellas más pequeñas que el Sol, por otro lado, tienen distintos impedimentos para su habitabilidad. Por ejemplo, Michael Hart propuso que sólo las estrellas de la secuencia principal de clase espectral K0 o más brillantes podrían ofrecer zonas habitables, una idea que ha evolucionado en los tiempos modernos hasta convertirse en el concepto de un radio de bloqueo de marea para las enanas rojas. Dentro de este radio, que coincide con la zona habitable de la enana roja, se ha sugerido que el vulcanismo causado por el calentamiento de las mareas podría causar una "Venus mareal" Planeta con altas temperaturas y sin ambiente hospitalario para la vida.

Otros sostienen que las zonas habitables circunestelares son más comunes y que, de hecho, es posible que exista agua en planetas que orbitan alrededor de estrellas más frías. Los modelos climáticos de 2013 respaldan la idea de que las estrellas enanas rojas pueden albergar planetas con temperaturas relativamente constantes sobre sus superficies a pesar del bloqueo de las mareas. El profesor de astronomía Eric Agol sostiene que incluso las enanas blancas pueden sustentar una zona habitable relativamente breve a través de la migración planetaria. Al mismo tiempo, otros han escrito en apoyo similar a zonas habitables temporales y semiestables alrededor de las enanas marrones. Además, puede existir una zona habitable en las partes exteriores de los sistemas estelares durante la fase previa a la secuencia principal de la evolución estelar, especialmente alrededor de las enanas M, que podría durar escalas de tiempo de miles de millones de años.

Evolución estelar

Las zonas habitables circunestelares cambian con el tiempo con la evolución estelar. Por ejemplo, las estrellas calientes de tipo O, que pueden permanecer en la secuencia principal durante menos de 10 millones de años, tendrían zonas habitables que cambian rápidamente y no son propicias para el desarrollo de la vida. Las estrellas enanas rojas, por otro lado, que pueden vivir cientos de miles de millones de años en la secuencia principal, tendrían planetas con tiempo suficiente para que la vida se desarrolle y evolucione. Sin embargo, incluso cuando las estrellas están en la secuencia principal, su producción de energía aumenta constantemente, alejando sus zonas habitables; Nuestro Sol, por ejemplo, era un 75% más brillante en el Arcaico que ahora, y en el futuro, los aumentos continuos en la producción de energía colocarán a la Tierra fuera de la zona habitable del Sol, incluso antes de que alcance la fase de gigante roja.. Para hacer frente a este aumento de luminosidad, se ha introducido el concepto de zona continuamente habitable. Como sugiere el nombre, la zona continuamente habitable es una región alrededor de una estrella en la que los cuerpos de masa planetaria pueden contener agua líquida durante un período determinado. Al igual que la zona habitable circunestelar general, la zona continuamente habitable de una estrella se divide en una región conservadora y extendida.

En los sistemas de enanas rojas, gigantescas llamaradas estelares que podrían duplicar el brillo de una estrella en minutos y enormes manchas estelares que pueden cubrir el 20% de la superficie de la estrella, tienen el potencial de despojar a un planeta que de otro modo sería habitable. de su atmósfera y agua. Sin embargo, al igual que ocurre con las estrellas más masivas, la evolución estelar cambia su naturaleza y flujo de energía, por lo que alrededor de los 1.200 millones de años de edad, las enanas rojas generalmente se vuelven lo suficientemente constantes como para permitir el desarrollo de la vida.

Una vez que una estrella ha evolucionado lo suficiente como para convertirse en una gigante roja, su zona habitable circunestelar cambiará dramáticamente con respecto a su tamaño de secuencia principal. Por ejemplo, se espera que el Sol envuelva a la Tierra, anteriormente habitable, como una gigante roja. Sin embargo, una vez que una estrella gigante roja alcanza la rama horizontal, logra un nuevo equilibrio y puede sostener una nueva zona circunestelar habitable, que en el caso del Sol oscilaría entre 7 y 22 UA. En esa etapa, Titán, la luna de Saturno, probablemente sería habitable en el sentido de la temperatura de la Tierra. Dado que este nuevo equilibrio dura aproximadamente 1 Gyr, y debido a que la vida en la Tierra surgió a más tardar 0,7 Gyr desde la formación del Sistema Solar, es concebible que la vida podría desarrollarse en objetos de masa planetaria en la zona habitable de las gigantes rojas. Sin embargo, alrededor de una estrella que quema helio, importantes procesos de vida como la fotosíntesis sólo podrían ocurrir alrededor de planetas donde la atmósfera tiene dióxido de carbono, ya que cuando una estrella de masa solar se convierte en una gigante roja, los cuerpos de masa planetaria ya habrán absorbido gran parte de ella. de su dióxido de carbono libre. Además, como demostraron Ramírez y Kaltenegger (2016), los vientos estelares intensos eliminarían por completo las atmósferas de cuerpos planetarios tan pequeños, haciéndolos inhabitables de todos modos. Por lo tanto, Titán no sería habitable incluso después de que el Sol se convierta en una gigante roja. Sin embargo, no es necesario que la vida se origine durante esta etapa de la evolución estelar para ser detectada. Una vez que la estrella se convierta en una gigante roja y la zona habitable se extienda hacia afuera, la superficie helada se derretiría, formando una atmósfera temporal en la que se pueden buscar signos de vida que puedan haber estado prosperando antes del inicio de la etapa de gigante roja.

Planetas desérticos

Las condiciones atmosféricas de un planeta influyen en su capacidad para retener calor, de modo que la ubicación de la zona habitable también es específica de cada tipo de planeta: los planetas desérticos (también conocidos como planetas secos), con muy poca agua, tienen menos vapor de agua en la atmósfera que la Tierra y, por lo tanto, tienen un efecto invernadero reducido, lo que significa que un planeta desértico podría mantener oasis de agua más cerca de su estrella que la Tierra del Sol. La falta de agua también significa que hay menos hielo para reflejar el calor al espacio, por lo que el borde exterior de las zonas habitables de los planetas desérticos está más lejos.

Otras consideraciones

Un planeta no puede tener una hidrosfera, un ingrediente clave para la formación de vida basada en el carbono, a menos que haya una fuente de agua dentro de su sistema estelar. El origen del agua en la Tierra aún no se comprende del todo; las posibles fuentes incluyen el resultado de impactos con cuerpos helados, desgasificación, mineralización, fuga de minerales hidratados de la litosfera y fotólisis. En un sistema extrasolar, un cuerpo helado más allá de la línea de escarcha podría migrar a la zona habitable de su estrella, creando un planeta oceánico con mares de cientos de kilómetros de profundidad, como puede ser GJ 1214 b o Kepler-22b.

El mantenimiento del agua superficial líquida también requiere una atmósfera suficientemente espesa. Actualmente se teoriza que los posibles orígenes de las atmósferas terrestres son la desgasificación, la desgasificación por impacto y la ingasificación. Se cree que las atmósferas se mantienen mediante procesos similares junto con ciclos biogeoquímicos y la mitigación del escape atmosférico. En un estudio de 2013 dirigido por el astrónomo italiano Giovanni Vladilo, se demostró que el tamaño de la zona habitable circunestelar aumentaba con una mayor presión atmosférica. Por debajo de una presión atmosférica de aproximadamente 15 milibares, se descubrió que no se podía mantener la habitabilidad porque incluso un pequeño cambio en la presión o la temperatura podría hacer que el agua fuera incapaz de formarse en estado líquido.

Aunque las definiciones tradicionales de zona habitable suponen que el dióxido de carbono y el vapor de agua son los gases de efecto invernadero más importantes (como lo son en la Tierra), un estudio dirigido por Ramsés Ramírez y la coautora Lisa Kaltenegger ha demostrado que el tamaño de la zona habitable aumenta considerablemente si se incluye también la prodigiosa desgasificación volcánica de hidrógeno junto con el dióxido de carbono y el vapor de agua. En ese caso, el borde exterior del Sistema Solar se extendería hasta 2,4 UA. Se calcularon aumentos similares en el tamaño de la zona habitable para otros sistemas estelares. Un estudio anterior realizado por Ray Pierrehumbert y Eric Gaidos había eliminado por completo el concepto de CO₂-H₂O, argumentando que los planetas jóvenes podrían acumular entre decenas y cientos de barras de hidrógeno a partir de el disco protoplanetario, proporcionando un efecto invernadero suficiente para extender el borde exterior del sistema solar a 10 AU. En este caso, sin embargo, el vulcanismo no repone continuamente el hidrógeno y se pierde en millones o decenas de millones de años.

En el caso de los planetas que orbitan en los HZ de estrellas enanas rojas, las distancias extremadamente cercanas a las estrellas provocan el bloqueo de mareas, un factor importante en la habitabilidad. Para un planeta bloqueado por mareas, el día sidéreo es tan largo como el período orbital, lo que hace que un lado mire permanentemente a la estrella anfitriona y el otro lado mire hacia afuera. En el pasado, se pensaba que este bloqueo de mareas causaba un calor extremo en el lado que mira a la estrella y un frío intenso en el lado opuesto, lo que hacía que muchos planetas enanas rojas fueran inhabitables; sin embargo, los modelos climáticos tridimensionales de 2013 mostraron que el lado de un planeta enana roja frente a la estrella anfitriona podría tener una extensa cobertura de nubes, aumentando su albedo de enlace y reduciendo significativamente las diferencias de temperatura entre los dos lados.

Los satélites naturales de masa planetaria también tienen el potencial de ser habitables. Sin embargo, estos cuerpos deben cumplir parámetros adicionales, en particular estar ubicados dentro de las zonas habitables circunplanetarias de sus planetas anfitriones. Más específicamente, las lunas deben estar lo suficientemente lejos de sus planetas gigantes anfitriones para que el calentamiento de las mareas no las transforme en mundos volcánicos como Io, pero deben permanecer dentro del radio Hill del planeta para que no sean sacadas de la órbita de sus planetas gigantes. planeta anfitrión. Las enanas rojas que tienen masas inferiores al 20% de la del Sol no pueden tener lunas habitables alrededor de planetas gigantes, ya que el pequeño tamaño de la zona habitable circunestelar colocaría una luna habitable tan cerca de la estrella que sería despojada de su planeta anfitrión.. En tal sistema, una luna lo suficientemente cerca de su planeta anfitrión para mantener su órbita tendría un calentamiento por mareas tan intenso que eliminaría cualquier perspectiva de habitabilidad.

Un objeto planetario que orbita una estrella con alta excentricidad orbital puede pasar sólo una parte de su año en el HZ y experimentar una gran variación en la temperatura y la presión atmosférica. Esto daría lugar a dramáticos cambios de fase estacionales en los que el agua líquida podría existir sólo de forma intermitente. Es posible que los hábitats subterráneos puedan estar aislados de tales cambios y que los extremófilos en la superficie o cerca de ella puedan sobrevivir a través de adaptaciones como la hibernación (criptobiosis) y/o la hipertermoestabilidad. Los tardígrados, por ejemplo, pueden sobrevivir en un estado deshidratado a una temperatura de entre 0,150 K (-273 °C) y 424 K (151 °C). La vida en un objeto planetario que orbita fuera de HZ podría hibernar en el lado frío a medida que el planeta se acerca al apastrón, donde es más frío, y volverse activa al acercarse al periastrón, cuando el planeta está lo suficientemente caliente.

Descubrimientos extrasolares

Una revisión de 2015 concluyó que los exoplanetas Kepler-62f, Kepler-186f y Kepler-442b eran probablemente los mejores candidatos para ser potencialmente habitables. Estos se encuentran a una distancia de 990, 490 y 1.120 años luz, respectivamente. De estos, Kepler-186f es el más cercano en tamaño a la Tierra, con 1,2 veces el radio de la Tierra, y está ubicado hacia el borde exterior de la zona habitable alrededor de su estrella enana roja. Entre los candidatos a exoplaneta terrestre más cercano, Tau Ceti e está a 11,9 años luz de distancia. Se encuentra en el borde interior de la zona habitable de su sistema planetario, lo que le da una temperatura superficial promedio estimada de 68 °C (154 °F).

Los estudios que han intentado estimar el número de planetas terrestres dentro de la zona habitable circunestelar tienden a reflejar la disponibilidad de datos científicos. Un estudio de 2013 realizado por Ravi Kumar Kopparapu situó η_e, la fracción de estrellas con planetas en el HZ, en 0,48, lo que significa que puede haber aproximadamente entre 95 y 180 mil millones de planetas habitables. en la Vía Láctea. Sin embargo, esto es simplemente una predicción estadística; Sólo se ha descubierto todavía una pequeña fracción de estos posibles planetas.

Los estudios anteriores han sido más conservadores. En 2011, Seth Borenstein concluyó que hay aproximadamente 500 millones de planetas habitables en la Vía Láctea. El estudio del Jet Propulsion Laboratory de 2011 de la NASA, basado en observaciones de la misión Kepler, elevó un poco la cifra, estimando que alrededor del "1,4 al 2,7 por ciento" Se espera que de todas las estrellas de clase espectral F, G y K tengan planetas en sus HZ.

Primeros hallazgos

Los primeros descubrimientos de planetas extrasolares en HZ se produjeron apenas unos años después de que se descubrieran los primeros planetas extrasolares. Sin embargo, todas estas detecciones tempranas fueron del tamaño de gigantes gaseosos y muchas se encontraban en órbitas excéntricas. A pesar de esto, los estudios indican la posibilidad de que grandes lunas similares a la Tierra alrededor de estos planetas contengan agua líquida. Uno de los primeros descubrimientos fue 70 Virginis b, un gigante gaseoso inicialmente apodado "Ricitos de Oro" debido a que no hace demasiado calor & # 34; ni "demasiado frío". Un estudio posterior reveló temperaturas análogas a las de Venus, descartando cualquier posibilidad de agua líquida. 16 Cygni Bb, también descubierto en 1996, tiene una órbita extremadamente excéntrica que pasa sólo una parte de su tiempo en HZ, una órbita de este tipo causaría efectos estacionales extremos. A pesar de esto, las simulaciones han sugerido que un compañero suficientemente grande podría sustentar agua superficial durante todo el año.

Gliese 876 b, descubierto en 1998, y Gliese 876 c, descubierto en 2001, son gigantes gaseosos descubiertos en la zona habitable alrededor de Gliese 876 que también pueden tener grandes lunas. Otro gigante gaseoso, Upsilon Andromedae d, fue descubierto en 1999 orbitando la zona habitable de Upsilon Andromidae.

Anunciado el 4 de abril de 2001, HD 28185 b es un gigante gaseoso que orbita completamente dentro de la zona habitable circunestelar de su estrella y tiene una excentricidad orbital baja, comparable a la de Marte en el Sistema Solar. Las interacciones de marea sugieren que podría albergar satélites habitables de masa terrestre en órbita a su alrededor durante muchos miles de millones de años, aunque no está claro si dichos satélites podrían formarse en primer lugar.

HD 69830 d, un gigante gaseoso con 17 veces la masa de la Tierra, fue encontrado en 2006 orbitando dentro de la zona habitable circunestelar de HD 69830, a 41 años luz de la Tierra. Al año siguiente, se descubrió 55 Cancri f dentro del HZ de su estrella anfitriona 55 Cancri A. Se cree que satélites hipotéticos con suficiente masa y composición pueden contener agua líquida en sus superficies.

Aunque, en teoría, estos planetas gigantes podrían poseer lunas, no existía la tecnología para detectar lunas a su alrededor y no se habían descubierto lunas extrasolares. Por lo tanto, los planetas dentro de la zona con potencial para tener superficies sólidas eran de mucho mayor interés.

Supertierras habitables

El descubrimiento en 2007 de Gliese 581c, la primera súper Tierra en la zona habitable circunestelar, generó un interés significativo en el sistema por parte de la comunidad científica, aunque más tarde se descubrió que el planeta tenía condiciones superficiales extremas que pueden parecerse a Venus. Gliese 581 d, otro planeta del mismo sistema y considerado un mejor candidato para la habitabilidad, también fue anunciado en 2007. Su existencia fue desconfirmada posteriormente en 2014, pero solo por un corto tiempo. A partir de 2015, el planeta no tiene nuevas desconfirmaciones. Gliese 581 g, otro planeta que se cree que fue descubierto en la zona habitable circunestelar del sistema, fue considerado más habitable que Gliese 581 c y d. Sin embargo, su existencia también fue refutada en 2014 y los astrónomos están divididos sobre su existencia.

Descubierto en agosto de 2011, inicialmente se especuló que HD 85512 b era habitable, pero los nuevos criterios de zona habitable circunestelar ideados por Kopparapu et al. en 2013 situó al planeta fuera de la zona habitable circunestelar.

Kepler-22 b, descubierto en diciembre de 2011 por la sonda espacial Kepler, es el primer exoplaneta en tránsito descubierto alrededor de una estrella similar al Sol. Con un radio 2,4 veces mayor que el de la Tierra, algunos han predicho que Kepler-22b será un planeta oceánico. Gliese 667 Cc, descubierto en 2011 pero anunciado en 2012, es una súper Tierra que orbita en la zona habitable circunestelar de Gliese 667 C. Es uno de los planetas más parecidos a la Tierra conocidos.

Gliese 163 c, descubierta en septiembre de 2012 en órbita alrededor de la enana roja Gliese 163, se encuentra a 49 años luz de la Tierra. El planeta tiene 6,9 masas terrestres y entre 1,8 y 2,4 radios terrestres, y con su órbita cercana recibe un 40 por ciento más de radiación estelar que la Tierra, lo que lleva a temperaturas superficiales de aproximadamente 60° C. HD 40307 g, un candidato a planeta descubierto tentativamente en noviembre de 2012, se encuentra en la zona habitable circunestelar de HD 40307. En diciembre de 2012, Tau Ceti e y Tau Ceti f fueron encontrados en la zona habitable circunestelar de Tau Ceti, una estrella similar al Sol a 12 años luz de distancia. Aunque son más masivos que la Tierra, se encuentran entre los planetas menos masivos encontrados hasta la fecha orbitando en la zona habitable; sin embargo, Tau Ceti f, al igual que HD 85512 b, no se ajustaba a los nuevos criterios de zona habitable circunestelar establecidos por el estudio Kopparapu de 2013. Ahora se considera inhabitable.

Cerca de planetas de tamaño terrestre y análogos solares

Descubrimientos recientes han descubierto planetas que se cree que son similares en tamaño o masa a la Tierra. "del tamaño de la Tierra" Los rangos suelen estar definidos por la masa. El rango inferior utilizado en muchas definiciones de la clase súper Tierra es 1,9 masas terrestres; Asimismo, las subtierras varían hasta el tamaño de Venus (~0,815 masas terrestres). También se considera un límite superior de 1,5 radios terrestres, dado que por encima de 1,5 R🜨 la densidad promedio de los planetas disminuye rápidamente al aumentar el radio, lo que indica que estos planetas tienen una fracción significativa de volátiles por volumen que recubren un núcleo rocoso. Un planeta genuinamente parecido a la Tierra: un análogo de la Tierra o un "gemelo de la Tierra" – necesitaría cumplir muchas condiciones más allá del tamaño y la masa; tales propiedades no son observables utilizando la tecnología actual.

Un analógico solar (o "mezcla solar") es una estrella que se asemeja al Sol. Hasta la fecha, ningún gemelo solar con un partido exacto como el del Sol ha sido encontrado. Sin embargo, algunas estrellas son casi idénticas al Sol y se consideran gemelos solares. Un gemelo solar exacto sería una estrella G2V con una temperatura de 5.778 K, tener 4.6 billones de años, con la metalicidad correcta y una variación de luminosidad solar del 0.1%. Las estrellas con una edad de 4.600 millones de años están en el estado más estable. La metalicidad y el tamaño adecuados son también críticos a la baja variación de luminosidad.

Utilizando datos recogidos por el observatorio espacial Kepler de la NASA y el Observatorio W. M. Keck, los científicos han estimado que el 22% de las estrellas de tipo solar de la Vía Láctea tienen planetas de tamaño terrestre en su zona habitable.

El 7 de enero de 2013, los astrónomos del equipo Kepler anunciaron el descubrimiento de Kepler-69c (anteriormente KOI-172.02), un candidato a exoplaneta del tamaño de la Tierra (1,7 veces el radio de la Tierra) que orbita alrededor de Kepler. -69, una estrella similar al Sol, en HZ y que se espera que ofrezca condiciones habitables. El descubrimiento de dos planetas orbitando en la zona habitable de Kepler-62 por parte del equipo Kepler fue anunciado el 19 de abril de 2013. Los planetas, llamados Kepler-62e y Kepler-62f, son probablemente planetas sólidos con tamaños de 1,6 y 1,4 veces el radio de la Tierra, respectivamente.

Con un radio estimado en 1,1 Tierra, Kepler-186f, descubrimiento anunciado en abril de 2014, es el tamaño más cercano a la Tierra de un exoplaneta confirmado por el método de tránsito, aunque su masa sigue siendo desconocida y su estrella madre no es un análogo solar..

Kapteyn b, descubierto en junio de 2014, es un posible mundo rocoso de aproximadamente 4,8 masas terrestres y aproximadamente 1,5 radios terrestres, se encontró orbitando la zona habitable de la estrella subenana roja Kapteyn, a 12,8 años luz de distancia.

El 6 de enero de 2015, la NASA anunció el exoplaneta número 1000 confirmado descubierto por el Telescopio Espacial Kepler. Se descubrió que tres de los exoplanetas recientemente confirmados orbitan dentro de zonas habitables de sus estrellas relacionadas: dos de los tres, Kepler-438b y Kepler-442b, son del tamaño cercano a la Tierra y probablemente rocosos; el tercero, Kepler-440b, es una súper Tierra. Sin embargo, se ha descubierto que Kepler-438b es objeto de poderosas llamaradas, por lo que ahora se considera inhabitable. El 16 de enero, K2-3d, se encontró un planeta de 1,5 radios terrestres orbitando dentro de la zona habitable de K2-3, recibiendo 1,4 veces la intensidad de la luz visible que la Tierra.

Kepler-452b, anunciado el 23 de julio de 2015, es un 50% más grande que la Tierra, probablemente rocoso y tarda aproximadamente 385 días terrestres en orbitar la zona habitable de su estrella de clase G (análoga solar) Kepler-452.

El descubrimiento de un sistema de tres planetas bloqueados por mareas que orbitan la zona habitable de una estrella enana ultrafría, TRAPPIST-1, se anunció en mayo de 2016. El descubrimiento se considera significativo porque aumenta drásticamente la posibilidad de que existan planetas más pequeños, más fríos y estrellas más numerosas y cercanas que poseen planetas habitables.

Dos planetas potencialmente habitables, descubiertos por la misión K2 en julio de 2016, orbitando alrededor de la enana M K2-72 a unos 227 años luz del Sol: K2-72c y K2-72e son ambos de tamaño similar a la Tierra y reciben cantidades similares de radiación estelar.

Anunciada el 20 de abril de 2017, LHS 1140b es una súper Tierra súper densa a 39 años luz de distancia, 6,6 veces la masa de la Tierra y 1,4 veces el radio, su estrella tiene un 15% de la masa del Sol pero con mucho Actividad de llamaradas estelares menos observable que la mayoría de las enanas M. El planeta es uno de los pocos observables tanto por tránsito como por velocidad radial cuya masa se confirma con una atmósfera que puede estudiarse.

Descubierta por velocidad radial en junio de 2017, con aproximadamente tres veces la masa de la Tierra, Luyten b orbita dentro de la zona habitable de la estrella Luyten a solo 12,2 años luz de distancia.

En noviembre de 2017, a 11 años luz de distancia, se anunció el segundo planeta más cercano, Ross 128 b, tras una década de estudio de velocidad radial de planetas relativamente "silenciosos". Estrella enana roja Ross 128. Con 1,35 veces la masa de la Tierra, ¿tiene aproximadamente el tamaño de la Tierra y probablemente tenga una composición rocosa?

Descubierto en marzo de 2018, K2-155d tiene aproximadamente 1,64 veces el radio de la Tierra, probablemente sea rocoso y orbita en la zona habitable de su estrella enana roja a 203 años luz de distancia.

Uno de los primeros descubrimientos realizados por el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS) anunciado el 31 de julio de 2019 es un planeta súper Tierra GJ 357 d que orbita el borde exterior de una enana roja a 31 años luz de distancia.

K2-18b es un exoplaneta a 124 años luz de distancia, que orbita en la zona habitable de la K2-18, una enana roja. Este planeta es importante por el vapor de agua que se encuentra en su atmósfera; esto fue anunciado el 17 de septiembre de 2019.

En septiembre de 2020, los astrónomos identificaron 24 candidatos a planeta superhabitable (planetas mejores que la Tierra), de entre más de 4000 exoplanetas confirmados en la actualidad, basándose en parámetros astrofísicos, así como en la historia natural de las formas de vida conocidas en la Tierra.

Exoplanetas notables – Telescopio Espacial Kepler
Confirmado exoplanetas pequeñas en zonas habitables. (Kepler-62e, Kepler-62f, Kepler-186f, Kepler-296e, Kepler-296f, Kepler-438b, Kepler-440b, Kepler-442b) (Telescopio Espacial Kepler; 6 de enero de 2015).

Habitabilidad fuera del HZ

Se ha descubierto que existen entornos de agua líquida en ausencia de presión atmosférica y a temperaturas fuera del rango de temperatura HZ. Por ejemplo, las lunas de Saturno, Titán y Encelado, y las lunas de Júpiter, Europa y Ganímedes, todas ellas fuera de la zona habitable, pueden contener grandes volúmenes de agua líquida en océanos subterráneos.

Fuera del HZ, el calentamiento por mareas y la desintegración radiactiva son dos posibles fuentes de calor que podrían contribuir a la existencia de agua líquida. Abbot y Switzer (2011) plantearon la posibilidad de que pudiera existir agua subterránea en planetas rebeldes como resultado del calentamiento basado en la desintegración radiactiva y del aislamiento por una gruesa capa superficial de hielo.

Con cierta teorización de que la vida en la Tierra puede haber originado realmente en hábitats estables de subsuperficie, se ha sugerido que puede ser común para hábitats extraterrestres de subsuperficie húmedo como estos para 'teem con vida'. En la Tierra misma, los organismos vivos pueden encontrarse más de 6 km (3,7 mi) debajo de la superficie.

Otra posibilidad es que fuera de HZ los organismos puedan utilizar bioquímicas alternativas que no requieran agua en absoluto. El astrobiólogo Christopher McKay ha sugerido que el metano (CH
₄) puede ser un disolvente propicio para el desarrollo de "criolife& #34;, con la "zona habitable de metano" estando centrado a 1.610.000.000 km (1,0×10⁹ mi; 11 AU) de la estrella. Esta distancia coincide con la ubicación de Titán, cuyos lagos y lluvias de metano lo convierten en un lugar ideal para encontrar la criovida propuesta por McKay. Además, las pruebas realizadas con varios organismos han demostrado que algunos son capaces de sobrevivir en condiciones fuera de HZ.

Importancia para la vida compleja e inteligente

La hipótesis de las Tierras Raras sostiene que la vida compleja e inteligente es poco común y que el HZ es uno de muchos factores críticos. Según Ward & Brownlee (2004) y otros, una órbita HZ y agua superficial no sólo son un requisito primario para sustentar la vida, sino también un requisito para sustentar las condiciones secundarias necesarias para que la vida multicelular surja y evolucione. Los factores secundarios de habitabilidad son tanto geológicos (el papel del agua superficial en el mantenimiento de las placas tectónicas necesarias) como bioquímicos (el papel de la energía radiante en el apoyo a la fotosíntesis para la necesaria oxigenación atmosférica). Pero otros, como Ian Stewart y Jack Cohen en su libro de 2002 Evolving the Alien sostienen que puede surgir vida inteligente compleja fuera del HZ. La vida inteligente fuera del HZ puede haber evolucionado en ambientes subterráneos, a partir de bioquímicas alternativas o incluso de reacciones nucleares.

En la Tierra, se han identificado varias formas de vida multicelulares complejas (o eucariotas) con potencial para sobrevivir en condiciones que podrían existir fuera de la zona habitable conservadora. La energía geotérmica sostiene ecosistemas antiguos, sustentando formas de vida grandes y complejas como Riftia pachyptila. Se pueden encontrar ambientes similares en océanos presurizados debajo de cortezas sólidas, como las de Europa y Encelado, fuera de la zona habitable. Se han probado numerosos microorganismos en condiciones simuladas y en órbita terrestre baja, incluidos eucariotas. Un ejemplo animal es el Milnesium tardigradum, que puede soportar temperaturas extremas muy por encima del punto de ebullición del agua y el frío vacío del espacio exterior. Además, se ha descubierto que los líquenes Rhizocarpon Geographicum y Xanthoria elegans sobreviven en un entorno donde la presión atmosférica es demasiado baja para el agua líquida superficial y donde la energía radiante es también mucho menor que el que la mayoría de las plantas necesitan para realizar la fotosíntesis. Los hongos Cryomyces antarcticus y Cryomyces minteri también pueden sobrevivir y reproducirse en condiciones similares a las de Marte.

Las especies, incluidos los humanos, que se sabe que poseen cognición animal requieren grandes cantidades de energía y se han adaptado a condiciones específicas, incluida la abundancia de oxígeno atmosférico y la disponibilidad de grandes cantidades de energía química sintetizada a partir de energía radiante. Si los humanos van a colonizar otros planetas, es más probable que los verdaderos análogos de la Tierra en el HZ proporcionen el hábitat natural más cercano; este concepto fue la base del estudio de Stephen H. Dole de 1964. Con temperatura, gravedad, presión atmosférica y presencia de agua adecuadas, se puede eliminar la necesidad de trajes espaciales o análogos de hábitat espacial en la superficie, y la vida compleja en la Tierra puede prosperar.

Los planetas en el HZ siguen siendo de suma importancia para los investigadores que buscan vida inteligente en otras partes del universo. La ecuación de Drake, utilizada a veces para estimar el número de civilizaciones inteligentes en nuestra galaxia, contiene el factor o parámetro n_e , que es el número promedio de objetos de masa planetaria que orbitan dentro del HZ de cada estrella. Un valor bajo respalda la hipótesis de las Tierras Raras, que postula que la vida inteligente es una rareza en el Universo, mientras que un valor alto proporciona evidencia del principio de mediocridad copernicano, la visión de que la habitabilidad (y por lo tanto la vida) es común en todo el Universo. Un informe de la NASA de 1971 elaborado por Drake y Bernard Oliver propuso el "agujero de agua", basándose en las líneas de absorción espectral de los componentes de hidrógeno e hidroxilo del agua, como una banda buena y obvia para la comunicación con la inteligencia extraterrestre que desde entonces ha Ha sido ampliamente adoptado por los astrónomos involucrados en la búsqueda de inteligencia extraterrestre. Según Jill Tarter, Margaret Turnbull y muchos otros, los candidatos de HZ son los objetivos prioritarios para limitar las búsquedas de pozos de agua y el Allen Telescope Array ahora extiende el Proyecto Phoenix a dichos candidatos.

Debido a que el HZ se considera el hábitat más probable para la vida inteligente, los esfuerzos de METI también se han centrado en sistemas que probablemente tengan planetas allí. El Mensaje de la Edad Adolescente de 2001 y la Llamada Cósmica 2 de 2003, por ejemplo, fueron enviados al sistema 47 Ursae Majoris, conocido por contener tres planetas con masa de Júpiter y posiblemente con un planeta terrestre en el HZ. El Mensaje de la Edad Adolescente también fue dirigido al sistema 55 Cancri, que tiene un gigante gaseoso en su HZ. Un mensaje desde la Tierra en 2008 y un Hola desde la Tierra en 2009 fueron dirigidos al sistema Gliese 581, que contiene tres planetas en el HZ: Gliese 581 c, d y el no confirmado g.