Poder determinar las abundancias químicas en la formación de sistemas planetarios constituye la clave para identificar los planetas con alguna posibilidad de que exista vida

Cada vez que se hace público el descubrimiento de algún planeta extrasolar similar a la Tierra, vuelve a aparecer la expectativa de la posibilidad de vida extraterrestre. Sin embargo,  estos gemelos de la Tierra no siempre son tan parecidos al planeta azul. Un equipo internacional con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha descubierto que la estructura química de los planetas de tipo terrestre puede ser muy diferente de la composición básica de la Tierra, lo que tendría un gran impacto en la existencia y la formación de las biosferas.

Es decir, según el trabajo que acaba de publicar la revista The AstrophysicalJournal Letters en su versión digital y cuya edición impresa aparecerá el próximo 1 de marzo, no todos los planetas semejantes a la Tierra presentan las condiciones necesarias para que exista vida en ellos.

El investigador del IAC que dirige el proyecto, Garik Israelian, explica: “Probablemente hay miles de millones de planetas como la Tierra en el universo, pero una gran mayoría de ellos podrían tener una estructura interna y atmosférica completamente distintas. La formación de planetas en entornos químicos no solares, muy comunes en el universo, puede dar lugar a la formación de mundos extraños, ¡muy diferentes de la Tierra!”.

Estudiar las abundancias químicas en la fotosfera de las estrellas [superficie luminosa que las delimita, de la que viene la luz que vemos y de donde emana su radiación] constituye la clave para entender cómo y cuáles de las nubes protoplanetarias forman planetas o no. Estos estudios también sirven para investigar la composición y estructura tanto interna como atmosférica de los planetas extrasolares. Son importantes a su vez para elaborar modelos de formación y evolución planetaria.

Los elementos fundamentales para que aparezcan moléculas orgánicas y vida en un planeta son el carbono, el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno. Para la formación de un planeta como la Tierra también sería necesario contar con hierro, silicio y magnesio, además de azufre, calcio, etc. Por último, no hay que olvidar que para la generación de calor en el interior de la tierra son muy importantes los elementos radiactivos, como el uranio 235 y 238, el torio 232 y el potasio 40. Los elementos radiactivos son los más inestables de la tabla periódica y al desintegrarse producen calor.

Existen estudios teóricos que sugieren que las proporciones de carbono/oxígeno y magnesio/silicio son las más importantes para determinar la mineralogía de los planetas de tipo terrestre, dado que suministran una información valiosa sobre la composición de estos planetas. En este campo de investigación extremadamente joven, con muy pocos trabajos publicados, el equipo de Jade Carter-Bond, del Planetary Science Institute, realizó en 2010 las primeras simulaciones numéricas de formación de planetas que tenían en cuenta la composición química de la nube protoplanetaria.

Sistemas diferentes al del Sol

Desde el IAC, donde se proporcionan datos observacionales y se discuten los resultados de los modelos teóricos, el equipo encabezado por la investigadora Elisa Delgado Mena, del Centro de Astrofísica de la Universidad de Oporto, desarrolló el primer estudio uniforme detallado de las abundancias de carbono, oxígeno, magnesio y silicio en 61 estrellas con planetas y 270 estrellas sin planetas. En este trabajo se encontraron cocientes mineralógicos muy diferentes a los del Sol mostrando que hay una gran variedad de sistemas planetarios que no son similares a nuestro Sistema Solar. Muchas de las estrellas con planetas presentaban un valor de magnesio/silicio menor que 1, por lo que sus planetas tendrán un gran contenido extra de silicio.

“La cantidad de elementos radiactivos y algunos refractarios, especialmente el silicio, puede tener graves implicaciones para ciertos procesos planetarios como la tectónica de placas o la actividad volcánica”, señala Israelian. El magma rico en silicio es más viscoso, lo que haría las erupciones volcánicas más explosivas.

Las últimas simulaciones numéricas han mostrado una gran diversidad en las composiciones básicas de los planetas de tipo terrestre que podrían existir en los sistemas planetarios estudiados. Los planetas simulados en sistemas con un cociente magnesio/silicio menor que 1 resultaron ser deficientes en magnesio en comparación con la Tierra, con silicatos como piroxeno y varios feldespatos. Las abundancias de carbono de los planetas simulados también varían en concordancia con el valor de carbono/oxígeno de sus estrellas progenitoras.

Planetas donde no puede haber vida

Para Delgado Mena, “a la hora de buscar planetas habitables, sería muy útil un estudio previo de las abundancias químicas de los sistemas planetarios, ya que podríamos descartar ciertos tipos de planetas en los que la formación de vida sería muy improbable, como aquellos ricos en carbono, dominados por especies como dominados por especies como el grafito o los carburos de silicio o de titanio”. Los compuestos ricos en carbono son muy refractarios, lo que significa que solidifican a muy alta temperatura. Cuando el disco gaseoso protoplanetario alrededor de una estrella se está enfriando, estos elementos son los primeros en solidificar muy cerca de la estrella, donde es muy improbable que exista agua en forma de hielo (uno de los indicios de la vida), aunque no se puede descartar la adición de agua mediante cometas en fases más tardías.

Gracias a las simulaciones de sistemas planetarios, también se ha visto que los planetas más interiores, situados hasta una distancia de 0,5 unidades astronómicas (UA) de su estrella, [una unidad astronómica es aproximadamente igual a la distancia media entre la Tierra y el Sol] contienen una cantidad significativa de los elementos refractarios aluminio y calcio: un 47% de la masa planetaria. En cambio, los planetas que se forman más allá de 5 UA disminuyen progresivamente su cantidad de aluminio y calcio según se va incrementando la distancia.

Todos los planetas gemelos a la Tierra considerados en este trabajo tienen composiciones dominadas por el oxígeno, el hierro, el magnesio y el silicio, con la mayoría de estos elementos depositados en forma de silicatos o metales, como el hierro.

Otro de los  miembros del equipo, el astrofísico del IAC Jonay González Hernández resume la labor del grupo en la actualidad: “Estamos trabajando para disminuir los errores en la determinación de abundancias y hacer que los resultados de los modelos teóricos y las simulaciones numéricas sean más fiables, pero todavía queda mucho trabajo por hacer”.

Para más información y entrevistas:

Garik Israelian. Instituto de Astrofísica de Canarias. (gil [at] iac.es (gil[at]iac[dot]es)) / 922 605258

Junto a los investigadores del IAC Garik Israelian, Elisa Delgado Mena (actualmente en Centro de Astrofísica de la Universidad de Oporto)  y Jonay I. González Hernández, el equipo está compuesto por los investigadores del Planetary Science Institute Jade Carter-Bond y David O’Brien, en Tucson, Arizona (EEUU), y Nuno C. Santos, de la Universidad de Porto (Portugal).

Referencia del artículo: Carter-Bond, Jade C., O'Brien, David P., Delgado Mena, Elisa, Israelian, Garik; Santos, Nuno C., & González Hernández, Jonay I . /Low Mg/Si Planetary Host Stars and Their Mg-depleted Terrestrial Planets./*The Astrophysical Journal Letters*, 747, L2, 2012

Sitio web del proyecto: http://www.iac.es/proyecto/abuntest/